Defekte Steuerketten beim VW/AUDI VR6 MPI 3,2

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Defekte Steuerketten beim VW/AUDI VR6 MPI 3,2-Liter
Aggregat BDB, BMJ, BUB & BFH, BML
Bildquelle: MTZ 2003
Christian Schlenger & Michael Lorch
2009
Kurzfassung
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Ursachenforschung der Steuerkettenlängung
sowie Ausarbeitung von Lösungen zur
Vermeidung erneuter Kettenlängung und
Kettenbrüchen beim VW/AUDI VR6 MPI
3,2-Liter Aggregat
15.08.2009
Christian Schlenger
Chris1985@a3-quattro.de
Michael Lorch
Info@A3-quattro.de
Kurzfassung
Der Steuertrieb verbindet Nockenwellen mit der Kurbelwelle und treibt die Ventilsteuerung des
Motors an. Neben Zahnrädern und –riemen sind Ketten die gebräuchlichsten Übertragungsmittel.
Bei dem VW/Audi VR6 MPI 3,2-Liter Aggregat häufen sich seit über 2 Jahren Schäden am
Steuerkettentrieb. Häufig betroffene Motorvarianten stellen die Aggregate der Audi AG mit den
Motorkennbuchstaben BDB, BMJ sowie die im VW Konzern eingesetzten BFH und BML
dar. Die Schäden äußern sich in Form von Längung der Steuerkette, abrasiven
Verschleißerscheinungen der Laufschienen, sowie in schweren Fällen, besonders bei
Fahrzeugen der Kategorie VW Golf IV R32 Brüche der Steuerkette. VW und Audi besserten
öfters in der Serie nach, durch den Einsatz neuerer Steuerketten. Die zuerst verbauten Ketten der
Firma Sachs, wurden durch Ketten der Firma Iwis getauscht. Was jedoch zu keiner Verbesserung
führte. Lediglich verschwanden die Brüche. Erste Merkmale eines defekten Steuerkettentriebes
sind rasselnde, klackernde und schabende Geräusche des Motors, sowie in einigen Fällen das
Aufleuchten der Motorchecklampe und abgespeicherte Fehlermeldungen im Bordcomputer. Hinzu
kommen schleichender Leistungsverlust, Ruckeln, erhöhter Verbrauch und Rußbildung am ESD.
Durch die gerade im Jahre 2008 sehr stark gestiegene Anzahl von Defekten, wurde die Thematik
Steuerkettenlängung intensiv untersucht, um erstens die Ursache zu finden und zweitens
Lösungen zur Vermeidung solcher Schäden zu erarbeiten.
Nach umfangreichen Recherchen, Untersuchungen und Analysen bei diversen Labors und
Institutionen sowie Ingenieurbüros wurden folgende Einflussgrößen ermittelt, die direkt oder
indirekt die Schädigung des Steuerkettentriebes hervorrufen oder dies begünstigen.
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zum Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung
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Einflussgrößen:
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Ölwechsel im Longlifeintervall
Öle nach Longlife-Spezifikation
Ölnebelabscheidung
Blowby
Häufige Kaltstarts, Kurzstrecken, Stadtzyklen
Verschlammung durch Castrol-Öle
Erhöhter Öldruck durch defekte Öldruckpumpen
Schmutzpartikeleintrag im Öl (Ruß, Ölkohle, Glasfaser)
Wassereintrag im Öl
Resonanzschwingungen
Fehlende seitliche Führung der Laufschienen
Fehlerhafte Nockenwellensensoren
Korrosionsanfällige Ketten-Werkstoffe
Wasserstoffversprödung
In Kettenlasche gestanztes Wort „Sachs“
An späterem Punkt werden alle Einflussgrößen im Detail behandelt und ihre Zusammenhänge
erläutert.
Ursache:
Werden die VR6 MPI 3.2-Liter Motoren des VW/Audi-Konzerns mit Motorölen nach LonglifeSpezifikation im Longlife-Serviceintervall überwiegend im Kurzstreckenbetrieb mit vielen
Kaltstartphasen bewegt, so werden die gegen Wasserstoffversprödung anfälligen Steuerketten
durch aggressives Blowby, Wassereintrag im Motoröl und im Öl gelöste Partikel (Glasfasern,
Ölkohle, Ruß) soweit geschädigt, dass sie längen und zerreißen können. Ältere Ketten der Firma
Sachs können aufgrund einer Prägung in der Kettenlasche in Verbindung mit schwellender
Belastung brechen.
Lösung:
Durch einen frühzeitigen Ölwechselservice (maximal 10000 km bis 15000 km oder 1 Jahr, je
nachdem was zuerst eintritt) unter Verwendung von geeigneten Motorölen (wie bsp. Mobil 1
0W40) sowie der Vermeidung von Kurzstreckenzyklen können Längungen und Brüche von
Steuerketten verhindert werden, da sich kein korrosives Medium im Öl bilden kann, welches die
Kettenwerkstoffe angreift und durch Wasserstoffversprödung schädigt. Weiterhin sammeln sich
keine Fremdpartikel im Öl, welche die Kette verschleißen lassen. Auch wird die Bildung von
Ölschlamm verhindert.
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Kurzfassung
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Weiterführung:
Die zusammengetragenen Erkenntnisse lassen den Schluss zu, dass es kein spezifisches
Problem des VW/Audi VR6 MPI 3,2-Liter Aggregat ist.
Vielmehr könnte man die zusammengefassten Erkenntnisse auf jeden Motor der Konzerne
übertragen, welche mittels Steuerketten angetrieben, und überwiegend im Kurzstreckenbetrieb
bei Longlife-Serviceintervall unter Verwendung von Motorölen nach Longlife-Spezifikation
betrieben werden. Kritisch zu betrachten sind Turbo-aufgeladene Motoren mit geringem
Ölvolumen im Ölkreislaufsystem, Motoren mit FSI-Technologie sowie Motoren aus Leichtmetallen
wie Aluminium etc.
Christian Schlenger
Michael Lorch
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Die Angaben in diesem Bericht basieren auf derzeitigen, aktuellen Kenntnissen und Erfahrungen.
Sie befreien Verarbeiter/Hersteller/Fahrer/Werkstätten wegen der Fülle möglicher Einflüsse bei
Verarbeitung und Anwendung nicht von eigenen Prüfungen und Versuchen.
Eine rechtlich verbindliche Zusicherung bestimmter Eigenschaften oder der Eignung für einen
konkreten Einsatzzweck kann aus unseren Angaben nicht abgeleitet werden.
Etwaige Schutzrechte sowie bestehende Gesetze und Bestimmungen sind in eigener
Verantwortung zu beachten.
Die Verfasser weisen ausdrücklich daraufhin, dass sie keine Verantwortung gleich welcher Form
für erfolgte Schäden an Motoren oder Fahrzeugen übernehmen, die durch eigene
Schlussfolgerungen und eigenmächtige Handlungsweise nach Durchsicht dieser Ausarbeitung
erfolgten.
Die Ausarbeitung der Verfasser stellt lediglich ihre eigenen durch Experiment, Analyse,
Recherche und Forschung erlangten Kenntnisse und Meinungen dar.
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Inhaltsverzeichnis
1. Vorwort ........................................................................................................................ 9
2. Aufgabenstellung....................................................................................................... 10
3. Motor, Bauteile und Systembeschreibung ................................................................. 13
3.1
Das 3,2-Liter VR6 MPI – Aggregat des VW/Audi-Konzern.............................. 13
3.2
Der Kettentrieb des Motors ............................................................................. 19
3.3
Die Steuerkette ............................................................................................... 21
3.4
Die Kettenspanner .......................................................................................... 26
3.5
Die Laufschienen ............................................................................................ 29
3.6
Die Nockenwellenversteller ............................................................................. 32
3.7
Die Ölpumpe ................................................................................................... 34
3.8
Der Ölabscheider ............................................................................................ 36
3.9
Die Nockenwellenpositionssensoren............................................................... 38
4. Der Schmierstoff ........................................................................................................ 40
4.1
Das Longlife Intervall....................................................................................... 40
4.2
Das Motoröl nach Longlife Spezifikation ......................................................... 40
4.3
Thematik der Motoröle .................................................................................... 41
5. Symptome und Diagnose der Kettenlängung ............................................................ 44
5.1
Erste Anzeichen .............................................................................................. 44
5.2
Einsatz des Werkstattdiagnosesystems .......................................................... 45
5.3
Die manuelle Sichtprüfung .............................................................................. 47
5.4
Die Geräuschanalyse ...................................................................................... 54
5.5
Tipp`s zum Gebrauchtwagenkauf ................................................................... 65
6. Die Einflussgrößen .................................................................................................... 66
6.1
Das Öl ............................................................................................................. 66
6.2
Blowby: Was ist das und welche Auswirkung hat es? ..................................... 67
6.3
Häufige Kaltstarts, Kurzstrecken und Heißbetrieb .......................................... 71
6.4
Thematik der glasfaserverstärkten Laufschienen des Steuerkettentriebes ..... 72
6.5
Schmutzpartikeleintrag im Öl (Ruß, Glasfaser, Schwarzschlamm etc.) .......... 75
6.6
Wassereintrag im Öl........................................................................................ 80
6.7
Resonanzschwingungen ................................................................................. 80
6.8
Fehlende seitliche Führungen der Laufschienen ............................................ 81
6.9
Anfällige Nockenwellenpositionsgeber ............................................................ 84
6.10
Korrosionsanfällige Kettenwerkstoffe .............................................................. 85
6.11
Wasserstoffversprödung ................................................................................. 85
6.12
Die Steuerketten der Revisionsstufen im Serieneinsatz.................................. 89
6.13
Werkstoff, Volumen, Anströmung und Geometrie des Motor .......................... 91
6
_______________________________________________________________________
7. Das Zusammenspiel aller Einflussgrößen ................................................................ 92
8. Die fachgerechte Reparatur ...................................................................................... 96
8.1
Werkstätten und Steuerkettenschäden ........................................................... 99
9. Zitat SWR .................................................................................................................. 99
10.
Vermeidung von Schäden .................................................................................... 101
10.1
Workshop zur besseren Überwachung / Abhilfe ........................................... 103
11.
Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse ............................................ 107
12.
Schlusswort .......................................................................................................... 110
13.
Literatur- , Bild- und Quellennachweis ................................................................ 111
14.
Die DVD zum Bericht ........................................................................................... 114
15.
Anhang................................................................................................................. 115
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Vermerke zum Urheberrecht und Copyright
Das Verwenden dieser Ausführung ohne Genehmigung der Verfasser ist nicht gestattet.
Ebenso ist es nicht erlaubt die Ausführung zu vervielfältigen, abzuändern, Auszüge zu entnehmen
oder in irgendeiner Form Bilder und Anlagen zu verwenden, zu verbreiten oder als eigenes
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Vorwort
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1.
Vorwort
Diese Ausführung wurde von den Verfassern eigens als Instrument für Fahrer erstellt, in deren
Fahrzeug ein 3.2-Liter VR6 MPI Aggregat des VW/Audi-Konzerns verbaut wurde.
Sie soll ihnen helfen, frühzeitig Defekte am Steuerkettentrieb zu erkennen, um eine fachgerechte
Reparatur einleiten zu können. Nur so besteht die Möglichkeit einen größeren Schaden des
Aggregates abzuwenden.
Desweiteren werden Einblicke in die verbaute Technik und deren Funktionsweise gegeben.
Die Verfasser setzen zudem ihre Erkenntnisse um, welche sie in akribischer über einjähriger
Arbeit erlangt haben, und geben dem Leser zahlreiche Hilfen in die Hand und damit Möglichkeiten,
wie sie durch recht einfache Maßnahmen die gefährliche Steuerkettenlängung mindern bzw.
vermeiden können. Somit bleibt ihnen der Spaß am Fahren erhalten und der Motor wird lange
einwandfrei laufen können.
Abstandserklärung
Die Verfasser distanzieren sich ausdrücklich davon, in diesem Bericht Kritik gegenüber dem
VW/Audi-Konzern zu äußern oder darzulegen. Dies liegt nicht im Sinne dieser Ausführung.
Es werden hier lediglich bauliche IST-Zustände des Aggregates aufgeführt, die genau
recherchiert wurden und belegbar sind, mit dem Ziel die vorhandenen Zustände für Fahrer dieser
betroffenen Fahrzeuge zu optimieren, um somit die Laufleistung ihres VW/Audi zu erhöhen, und
weiterhin die Freude am Fahren und die Markentreue zu erhalten.
Christian Schlenger
Michael Lorch
Im August 2009
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Aufgabenstellung
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2.
Aufgabenstellung
In der letzten Zeit häuften sich vermehrt Steuerkettenschäden beim Audi A3 3.2 quattro
mit dem 3.2-Liter VR6 MPI Motor des VW/Audi Konzern.
Betroffen sind derzeit die Aggregate mit den Motorkennbuchstaben BDB und BMJ.
Ein Übergreifen auf die neuere Variante BUB ist sehr wahrscheinlich, da AUDI diesen Motortyp im
Frühjahr 2009 in das interne Ereignissystem aufgenommen hat.
Beim Konzernbruder VW Golf R32, insbesondere beim Golf 4 (weniger Golf 5), sind diese
Probleme schon länger bekannt und täglich aktuell. Man muss nur einschlägige Internetforen wie
www.Motor-Talk.de bzw. www.R32-Club.de aufsuchen.
Im Gegensatz zum R32 bei dem die Ketten reißen, haben Audi A3-Besitzer noch Glück im
Unglück. Die Steuerketten längen hier nur.
Aber in einer Geschwindigkeit die nicht der berechneten normalen Lebensdauer entspricht. Sehr
oft längen die Steuerketten der Baujahre 2003 und 2004 zwischen 30000 Kilometer und 80000
Kilometern. Einzelne PKW weisen weniger bzw. mehr Laufleistung auf.
Eine Liste betroffener Fahrzeuge zeigt die Anlage 1_1.
Fahrer bemerken dies an Rassel-, Klacker- und Schabgeräuschen aus Bereichen zwischen
Motorblock und Luftfilterkasten und im fahrerseitigen Radkasten.
Im fortgeschrittenen Stadium leuchtet die Motorchecklampe im Kombiinstrument auf.
Audi gibt zum Aufleuchten den Schwellenwert mit –8° KW vor und spricht erst ab hier von
Kettenlängung.
Weitere Erkennungszeichen sind Motorruckeln, ein unrunder Lauf, erhöhter Spritverbrauch sowie
mangelnde Leistung insbesondere im oberen Bereich.
Ein Besuch der Audi-Vertragswerkstatt brachte in den allermeisten Fällen kein Erfolg.
Die Mitarbeiter sind kaum in der Lage die Geräusche zu erkennen und zu deuten.
Meist bekommen Kunden folgende Aussagen zu hören:
-
„...dies sind typische altersbedingte Klangveränderungen des Motors“
„...das ist Stand der Technik“
„...das sind Getriebegeräusche welche normal sind“
Eine Fehlerdiagnose mit dem entsprechenden Diagnosegerät verläuft meist erfolglos, da ein
Fehler
nicht
immer
generiert
wird.
Dies
hängt
an
den
stark
streuenden
Nockenwellenpositionsgebern, welche die Werte ermitteln und an diverse Steuergeräte
weiterleiten.
Erfolgt irgendwann doch eine positive Schadensanerkennung, geht der Streit wegen der
Kostenübernahme los. Wer zahlt? Werksgarantie, Neuwagenanschlussgarantieversicherung,
Gebrauchtwagenversicherung? ... etc.
10
Aufgabenstellung
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Wer dies nicht hat, ist auf Kulanz durch den Hersteller angewiesen. Dieser handelt hier
undurchschaubar. Fahrer von A3 teils gleicher Laufleistung und Alter erhalten hier unterschiedlich
Kulanz. In einem Rahmen von 0% über 50%, 70%, 80% bis 100%
Ein System wer wie viel Prozent an Kulanz erhält ist nicht zu erkennen.
Das SWR TV Automagazin RASTHAUS berichtete eigens in einer Sendung über
Steuerkettenschäden beim Audi A3 3.2 quattro und die Vorgehensweise der Werkstätten und des
Konzerns. Den Bericht kann man hier sehen: http://www.youtube.com/watch?v=8KvDz2TGJv0
Fragt man in den Werkstätten nach dem Grund weshalb die Ketten längen, bekommt man keine
oder nur unzureichende Antworten. Den genauen Grund, konnten oder wollten weder Werkstätten
noch Hersteller nennen. Teils wurde von den Werkstätten geleugnet, dass es überhaupt dieses
Problem gibt.
Unter diesen Gesichtspunkten ergab sich nun die Aufgabenstellung für die Verfasser, zu
erforschen weshalb Steuerketten längen und teils durch Gewaltbrüche zerstört werden, und
welche Gegenmaßnahmen man ergreifen kann dieses zu verhindern.
Wichtig war auch, ein Instrument zu erhalten, wodurch man auf einfache Art und Weise selbst
feststellen kann, ob der eigene PKW geschädigt ist oder nicht.
Gerade der Punkt Gegenmaßnahmen zu finden, wurde Anfang März 2009 noch wichtiger als zu
Beginn dieser Ausführung Ende Januar 2009.
Der Grund liegt in der Entscheidung der Audi AG, die in KW11 / 2009 bekannt gab, die Produktion
des Audi A3 3.2 quattro ab der KW22 / 2009 ganz einzustellen.
Dieser Schritt erfolgte nur wenige Wochen nach der Entscheidung, den Audi A3 3.2 quattro nur
noch
mit
dem
DSG
auszuliefern.
Das
Schaltgetriebe
wurde
gestrichen.
Ein Verdacht liegt hier nahe, dass die Audi AG und die Verantwortlichen im Volkswagen Konzern
somit verhindern wollen, größere Summen zur Behebung von Schäden zahlen zu müssen.
Ebenso ist es denkbar, dass sie mit hohen Stückzahlen bei Wandlung und Kulanzen rechnen,
sollte der Audi A3 3.2 quattro weiterhin produziert werden.
Der Entfall des Schaltgetriebes könnte mit der Problematik des „Pochens“ beim
Zweimassenschwungrad zusammen hängen. Hierzu gab es im Dezember 2007 einen
Gerichtsprozess vor dem Landgericht Wiesbaden, bei dem ein Gutachten der Dekra dem Fahrer
bestätigte, dass die Problematik des Zweimassenschwungrades nicht Stand der Technik ist,
sondern ein konstruktiver Mangel, der auch durch den Austausch gegen ein neues
Zweimassenschwungrad nicht abzustellen ist.
11
Aufgabenstellung
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Diese Ausarbeitung führt auf, dass die Kettenlängung nicht nur bestimmte Motorentypen wie zum
Beispiel den BDB betrifft, sondern alle Motoren treffen kann, sollten ungünstige Einflüsse wie
Longlifewechselintervall, Longlifeöl, häufige Kurzstrecken vorhanden sein. Somit erhöht sich die
Stückzahl an Fahrzeugen erheblich, die in die Kulanzregelung fallen und den Konzern viel Geld
kosten.
Die vielen Mängel mit dem Zweimassenschwungrad und den Steuerketten sprechen sich sehr
schnell herum, weshalb der Konzern reagieren musste. Allein an den wenigen bisher verkauften
Modellen wird es nicht liegen. Großvolumige Motoren mit viel Leistung werden auch in anderen
Konzernmodellen in geringer Stückzahl angeboten.
Aus diesem Grund ist es wichtig, mit geeigneten Maßnahmen die wenigen bisher gebauten
Audi A3 mit dem VR6-Motor so gut es geht zu pflegen und zu warten, um ihnen eine lange
Laufzeit geben zu können. Hierzu eine Lösung zu finden, war einer der Hauptgründe der
Aufgabenstellung.
12
Motor, Bauteile und Systembeschreibung
_______________________________________________________________________
3.
3.1
Das 3,2-Liter VR6 MPI – Aggregat des VW/Audi-Konzern
Mit der Neuauflage des Audi A3 im Jahre 2003, intern 8P bezeichnet, führte Audi zugleich
erstmals ein Sechszylinder-Aggregat im A-Segment ein. Im Konzernbruder VW Golf R32 wurde
es schon etwas länger angeboten. Hier allerdings mit 241PS statt der 250PS im Audi A3. Erst mit
Einführung des Golf V erhielt auch der Wolfsburger ein 250PS starkes Triebwerk.
Bild 3.1_1 - Der Audi A3 3.2 quattro
Top-Motor für die Top-Version:
Der neue Audi A3 3.2 quattro erhält ab Markteinführung im Herbst 2003 die leistungsstärkste
Version des 3,2 Liter-V6 mit 184 kW (250 PS). Sein maximales Drehmoment von 320
Newtonmetern mobilisiert der V6 zwischen 2.500 und 3.000 1/min; die Höchstleistung erreicht er
bei 6.300 1/min. Dies bedeutet eine Leistungssteigerung um 7 kW/ 9 PS. Technische Basis dafür
ist ein modifizierter Abgastrakt. Zusätzlicher Gewinn für den Fahrer: ein betont sportlicher Sound,
der den VR6 zum akustischen Genussmittel macht. Der bärenstarke Sechszylinder - er kommt in
der gleichen Leistungsstufe auch im Audi TT 3.2 zum Einsatz - beschleunigt den Top-A3 in nur
6,5 Sekunden von 0 auf 100 km/h. Seine Höchstgeschwindigkeit erreicht der A3 3.2 mit 250 km/h
(abgeregelt). Mit diesen Fahrleistungen qualifiziert sich die zweite Generation des A3 zum
Spitzensportler im Feld der Premium-Kompaktklasse.
13
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Änderung:
Ab Modelljahr 05 änderten sich die Getriebeübersetzungen beim 6-Gangschalter und die
Software des DSG. Die Beschleunigungswerte wurden damit wie folgt verbessert:
DSG
6-Gang
6,2 sec 0 auf 100km/h
6,3 sec 0 auf 100km/h
Das Datenblatt des Audi A3 3.2 quattro ist unter Anlage 2_1 aufgeführt
Im März 2009 gibt die Audi AG bekannt, dass die Produktion des Audi A3 3.2 quattro ab der
Kalenderwoche 22 bis auf weiteres eingestellt wird. Die Gründe sind derzeit noch unbekannt.
Technik im Detail
Bauart
Hubraum
--
VR
cm^3 3189
Hub
mm
95,9
Bohrung
mm
84,0
--
11,25
Pleuellänge
mm
164,0
Zylinderabstand
mm
65,0
--
15°
Verdichtungsverhältnis
V-Winkel
Schränkung
Kurbelwellenlagerung
mm
--
+/- 12,5
7-fach
Hauptlagerdurchmesser
Pleuellagerdurchmesser
mm
mm
60,0
54,0
Ventildurchmesser
- Einlass
- Auslass
.
mm
mm
,
33,2
30,2
Zündungsfolge
--
1-5-3-6-2-4
Ventilhub
- Einlass
- Auslass
.
mm
mm
.
10,0
10,0
Kraftstoff
ROZ
98/95
Zündung
--
Einzelstabzündspulen
Nennleistung
bei Drehzahl
kW 184
min/1 6300
Max. Drehmoment
bei Drehzahl
Nm 320
min/1 von 2500 bis 3000
Max. Nutzmitteldruck
bar
12,60
Mittlere
Kolbengeschwindigkeit
.
m/s
.
19,8
Tabelle 3.1_1 – Daten des VR6-Motor
Motorkennbuchstaben und ihr ungefährer Einsatz-Zeitraum
BDB- eingesetzt von 7/03 - 8 /04
BMJ- eingesetzt von 9/04 - 10/05
BUB- eingesetzt von 11/05 – KW 22/2009
14
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Konzept
Der Sechszylindermotor der VR-Motoren-Baureihe von Volkswagen wird bei AUDI erstmals in der
Quermotor-Plattform eingesetzt. Die Weiterentwicklung des 2,8L-VR6 Vierventilmotors wurde im
Hubraum auf 3189 Kubikzentimeter vergrößert. Durch Optimierung des Ansaug- und
Abgassystems steigen die spezifischen Leistungs- und Drehmomentwerte. Der Motor erzielt ein
maximales Drehmoment von 320 Nm bei 2500/min. und erreicht 184kW bei 6300/min. Das
Fahrzeug erfüllt in allen Motor-Getriebekombinationen die Abgasgesetzgebung nach EURO 4.
Das Hubraumvolumen des 2,8L-Sechszylindermotors der V-Baureihe von Volkswagen wurde von
bisher 2792cm^3 auf 3189cm^3 angehoben. Der Ersteinsatz des Motors erfolgte im Volkswagen
Phaeton. Nach weiteren Anwendungen bei Volkswagen im Touareg und Golf R32 wird der Motor
auch bei AUDI im TT und nun auch im A3 eingesetzt. Damit nutzt jetzt auch AUDI die Vorteile der
VR-Baureihe mit einem Zylinderwinkel von nur 15° , der wegen der geringen Breite und Länge
des Motors den Einbau vorne quer im kompakten Fahrzeug ermöglicht. Ein Hubraum von 3,2
Liter wäre in diesem Einbauraum mit keinem anderen Motortyp darstellbar. Die Anordnung der
Nebenaggregate und Anbauteile war an die Erfordernisse der neuen A-Klasse-Plattform der
fünften Generation des Volkswagenkonzerns anzupassen.
Grundmotor
Der neue 3,2L-Motor weist das gleiche technische Konzept wie der 2,8L-Basismotor auf
- Vierventil-Zylinderkopf mit Rollenschlepphebel-Ventiltrieb
- Kontinuierliche Ein- und Auslassnockenwellenverstellung
- Resonanz-Schaltsaugrohr aus Kunststoff
- Grauguss-Zylinderkurbelgehäuse
- Einzelstabzündspule für jeden Zylinder
Die wichtigsten technischen Daten sind in der obigen Tabelle zusammengefasst. Die Erhöhung
des Hubraums wird durch Vergrößerung des Kolbenhubes von 90,3mm auf 95,9mm sowie der
Zylinderbohrung von 81,0mm auf 84,0mm erzielt. Die Steigerung der spezifischen
Leistungskennwerte ist neben der Hubraumvergrößerung im Wesentlichen auf die komplette
Neuauslegung des Ansaugsystems mit der Optimierung der Strömungsgeometrie von Saugrohr
und Kanälen im Zylinderkopf zurückzuführen. Der Zylinderkopf stellt gegenüber dem 2,8LiterMotor eine Neuentwicklung dar. Der Schwerpunkt wurde auf die Steigerung des
Durchflussvermögens gelegt. Die Ein- und Auslasskanäle weisen größere Strömungsquerschnitte
auf, die Durchmesser der Ein- Auslassventile sind auf 33,2mm bzw. 30,2mm vergrößert.
Das bekannte Prinzip des Schaltsaugrohres in Überkopfanordnung mit getrenntem Haupt- und
Leistungssammler wurde vom 2,8-Liter-Motor übernommen. Die Luftversorgung der Zylinder
erfolgt in Drehmomentstellung direkt über den Hauptsammler und die Drehmomentrohre. In
Leistungsstellung gibt die Schaltwalze die Verbindung zum Leistungssammler frei, so daß die
Luftversorgung zusätzlich zu den Drehmomentrohren auch über den Leistungssammler erfolgt.
Konsequente Detailoptimierung und reduzierte Strömungsverluste führen zur Erhöhung der
spezifischen Leistungskennwerte. Besondere Bedeutung kommt den Einlaufbereichen der
Saugarme in die Sammler zu.
15
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Es wurden eine ausgeprägte Ebenheit der Druckwellenreflektion und eine gleichmäßige
Geschwindigkeitsverteilung im Mündungsquerschnitt erreicht. Beispielhaft ist die ausgeprägte
Gleichverteilung am Ansaugvorgang des Zylinders 2. Im Bereich der Rohrverzweigung am
Leistungssammler wurden eine Reduktion von Druckverlusten und eine gute Querschnittsnutzung
der einzelnen Saugarme erzielt. Die reduzierte Leckage an der Schaltwalze bewirkt ein schmales
Streuband der gemessenen maximalen Drehmomente bei hohen spezifischen Werten.
Die Steuerung der Nockenwellen
Das Prinzip der Doppelnockenwellenverstellung wird beim 3,2-Liter-Motor zusätzlich um das
Potenzial der kontinuierlichen Verstellung der Auslassnockenwelle erweitert. Der Verstellwinkel
der Einlassnockenwelle beträgt 52° KW, der der Auslassnockenwelle hier erstmalig 42° KW. Die
Grundposition beim Motorstart ist bei der Einlassnockenwelle auf spätes Ventilöffnen ausgelegt.
Bei der Auslassnockenwelle war aufgrund des weiteren Verstellbereiches sicheres Starten in der
Spätposition unter allen Betriebsbedingungen, besonders bei tiefen Temperaturen, nicht möglich.
Daher wird der Auslassnockenwellenversteller mittels Sperrbolzen in der Position "frühes
Ventilöffnen" mechanisch versperrt. Somit erfolgt der Motorstart unter allen Randbedingungen
zuverlässig mit minimaler Ventilüberschneidung, die auch die beste Betriebsposition für den
Leerlauf ist.
Der erweiterte Verstellbereich der Auslassnockenwelle ergibt in Verbindung mit einer um 7°KW in
Richtung "spätes Öffnen" verschobenen Grundposition einen maximalen Überschneidungswinkel
von 47°KW gegenüber 19°KW bei den bisherigen Anwendungen. Dieser wird im Betrieb nicht voll
genutzt, aber der Überschneidungsbereich wird nach spät verlagert. Statt des Ausschiebens des
verbrannten Gases in den Einlasskanal und Rücksaugen in den Brennraum (reaspirative
Abgasrückführung) wird der Verbleib eines Teiles des Restgases im Zylinder (residuale AGR)
erreicht. Damit ergeben sich folgende Vorteile bei der internen Abgasrückführung (AGR).
- Verbrauchseinsparung durch reduzierte Gaswechselarbeit
- vergrößerter Teillastbereich mit Abgasrückführung
- bessere Laufruhe
- geringere Empfindlichkeit gegen Gemischschwankungen
- Abgasrückführung schon bei kaltem Motor möglich
Eine Reduzierung des Verbrauches um 4% gegenüber den bisher eingesetzten 3,2-L-Motoren
und um 6,5% gegenüber dem 2,8-L-Basismotor wird in einem weiten Teillastbereich erzielt. Beim
Betriebspunkt Pe=2bar/n=2000/min. beträgt der spezifische Kraftstoffverbrauch 360g/kWh.
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Abgassystem und Emissionen des 3.2-L-Motors
Die Doppelflutigkeit in der Abgasanlage bis weit hinter die Katalysatoren bewirkt das hohe
Drehmomentmaximum bei der für Otto-Saugmotoren sehr niedrigen Drehzahl von 2500/min. Der
hohe spezifische Wert von 100Nm/L wie beim Golf R32 und AUDI TT wird durch konsequente
Feinabstimmung erreicht. Die Abgasanlage enthält je einen Hauptkatalysator sowie 2
Lambdasonden pro Abgasstrang. Vor den Katalysatoren wird die neueste Generation der
planaren Breitband-Lambda-Sonde von Bosch, LSU 4.9 mit geregelter Heizung, eingesetzt. Die
Lambda-Regelung spricht so sehr früh an. Die Rohgasemissionen konnten aufgrund des
Einsetzens der residualen Abgasrückführung bei niedrigen Motortemperaturen sowie der
verbesserten Abmagerfähigkeit besonders im Kaltstart und in der Warmlaufphase weiter reduziert
werden. Die zweistrahligen Einspritzventile im Zylinderkopf sind gegenüber dem 2,8-l-Motor näher
an den Einlassventilen angeordnet. Die dadurch verbesserte Gemischaufbereitung macht zudem
die Luftumfassung der Einspritzventile überflüssig. Die Kraftstoffzuführung zu den
Einspritzventilen erfolgt bedarfsgeregelt und rücklauffrei. Damit wird die Erwärmung des
Kraftstoffes im Tank reduziert, die Verdampfungsemissionen verringern sich. Eine
Sekundärlufteinblasung unterstützt das frühe Ansprechen der beiden Hauptkatalysatoren unter
dem Fahrzeugboden mit je 1,0-Liter Volumen. Die Abgasgrenzwerte nach Euro 4 werden mit
beiden Getriebevarianten deutlich unterschritten.
Motorsteuerung des 3.2-L-Motors
Als Motorsteuerung kommt die Motronic ME7.1.1 von Bosch zum Einsatz. Die
Prozessorgeschwindigkeit wurde wegen des Rechenaufwandes für zahlreiche neue Funktionen
von 32 auf 40MHz erhöht. Neue Funktionen waren für den kontinuierlich geregelten
Auslassnockenwellenversteller mit weiterem Verstellbereich notwendig. Die Kennfelder der
Nockenwellensteuerung waren aufgrund der oben beschriebenen Änderungen völlig neu zu
applizieren. Wegen der hohen Abgasrückführraten wurde eine Berechnung des Restgasgehaltes
im Zylinder eingeführt. Deren Ergebnisse verbessern wiederum die Berechnung des
Saugrohrdruckes und in Folge das Instationärverhalten der Gemischaufbereitung deutlich.
In der Abgasanlage ist zur Verringerung der Geräuschemissionen bei tiefen Drehzahlen eine
Klappe integriert, die last- und drehzahlabhängig vom Motorsteuergerät geöffnet wird. Die
Regelung der Kühlerlüfter erfolgt wie im Phaeton über ein diskretes Signal aus dem
Motorsteuergerät, in dem die zahlreichen notwendigen Informationen zur Einstellung der
gewünschten Kühlmitteltemperatur zentral vorliegen. Die Berechnung des gemittelten Ölstandes
aus den momentanen Informationen des in der Ölwanne befindlichen Ölstandsgebers erfolgt im
Motorsteuergerät. Das Ergebnis wird an das Kombiinstrument weitergeleitet und ist dort
Bestandteil der Wartungsintervall-Anzeige. Über den CAN-Bus sind Motorsteuerung,
Getriebesteuerung des DSG, ABS, ESP, Klimaanlage, Wegfahrsperre und das Kombiinstrument
vernetzt.
17
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Ergebnisse:
Der Motor leistet 184kW bei 6300/min. Das maximale Drehmoment von 320Nm wird bereits bei
einer Drehzahl von 2500/min. erreicht. Der Nutzmitteldruckverlauf liegt im Streuband von
Vergleichsmotoren im oberen Bereich. Bei den für den Fahrbereich relevanten niedrigen
Drehzahlen unterhalb 3000/min. ist ein erheblicher Vorteil gegenüber vergleichbaren Motoren zu
verzeichnen. Die Auslegung der Verdichtung von E=11,25 erfolgte für die Kraftstoffqualität ROZ
98. ROZ 95 wird über die Klopfregelung abgedeckt.
Bild 3.1_2 - Schnittmodell des VR6
18
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3.2
Der Kettentrieb des Motors
Der Steuertrieb verbindet Nockenwellen mit der Kurbelwelle und treibt die Ventilsteuerung
des Motors an. Neben Zahnrädern und –Riemen sind Ketten die gebräuchlichsten
Übertragungsmittel.
Auch der 3.2-Liter VR6 Motor besitzt einen Antrieb mittels Steuerkette. In den folgenden
Bildern gut im Detail zu erkennen.
Bild 3.2_1 - Der Kettentrieb des VR6
19
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20
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3.3
Die Steuerkette
Der Steuertrieb verbindet Nockenwellen mit der Kurbelwelle und treibt die Ventilsteuerung
des Motors an. Neben Zahnrädern und –Riemen sind Ketten die gebräuchlichsten
Übertragungsmittel.
Im 3.2-Liter VR6 MPI-Motor wurden zu Beginn obere Steuerketten der Firma Sachs verbaut.
Diese längten sich allerdings, und teils brachen sie im Golf 4 R32 auseinander.
Im Zuge der laufenden Produktüberwachung besserte Audi beim A3 einige Male nach. Unter
anderem durch den Austausch der Sachs-Ketten gegen Ketten des Herstellers IWIS
Folgende Änderungszeiträume sind uns bekannt.
März 2004
Juni 2004
Januar 2005
Leider kam es nicht zum erhofften Erfolg, da weiterhin Ketten längten.
Die aktuellste Teilenummer der oberen Steuerkette ist derzeit (Stand August 2009):
IWIS 03H 109 503
Bild 3.3_1 - Oben neue Iwis-Kette, unten (dunkel) alte Sachs-Kette
21
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Bild 3.3_2 - Oben die neue Iwis-Kette, unten die gelängte Sachs-Kette im Vergleich
Die Steuerketten-Teile bestehen im hauptsächlichen aus Kohlenstoffstählen. Die Bolzen meist
aus einem hochlegierten Stahl mit Anteilen von Vanadium.
Um stabile Ketten zu erhalten werden sie hochfest vergütet. Dieser Zustand ist allerdings ein
schmaler Grat, da hochfeste und vergütete Stähle sehr anfällig gegenüber
Wasserstoffversprödung sind. Unter Punkt 6.11 und Punkt 7 wird darüber noch ausführlich
berichtet.
Ketten unterliegen immer einem gewissen Verschleiß und neigen zur Längung. Dies ist beim
Einsatz in Motorrädern oder Fahrrädern nicht anders als bei PKW-Motoren. Allerdings sollte dies
in entsprechendem Zeitraum ablaufen, und nicht wie im Falle des Audi A3 3.2 quattro schon ab
ca. 30000 Kilometern.
Ursachen gibt es verschiedene. Abrieb durch den Kontakt mit den Kettenrädern, abrasiver
Verschleiß durch im Öl befindliche Partikel (Ruß, Ölkohle, Glasfasern), überdurchschnittliche
Beanspruchung durch Krafteinwirkung in Folge defekter Öldruckpumpen welche die
Kettenspanner mit erhöhter Kraft auf die Kette drücken lassen. Verminderte Schmierung durch
Wassereintrag im Öl.
All diese Einflüsse lassen eine Kette längen. Zusätzlich kommen noch Beanspruchungen der
Laschen hinzu, wenn die Kette über die Laufschienen gleitet.
22
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Bild 3.3_3 - verschlissene Sachs-Kette
Durch den abrasiven Verschleiß von in Öl befindlichen Teilen (Ruß, Ölkohle, Glasfaser)
verschleißen alle Kettenteile rundherum und werden dünner. Sie bekommen Untermaß, die
Passungen haben dadurch mehr Spiel. Die Folge davon ist eine größere seitliche Durchbiegung,
sowie eine Längung durch die Teile die nicht mehr in der Toleranz liegen.
In der Anlage 2.3_1 sind Bilder, welche sehr gut das erhöhte seitliche Spiel und die Längung im
Vergleich Alt + Neu veranschaulichen.
Ein weiterer Punkt bei der zuvor eingesetzten Sachs-Kette war das in der Kettenlasche seitlich
eingeprägte Firmen-Logo. Erste Vermutungen ließen darauf schließen, dass wohl die tiefe und
scharfkantige Prägung mit für die Brüche beim Golf R32 verantwortlich gewesen sein könnte. Bei
der REM-Analyse konnte dies bestätigt werden, dass es in Folge Kerbwirkung durch die Prägung
zur
Rissbildung
kam,
welche
ihren
Ursprung
im
Logo
hatte.
In
diesem
Falle
waren
Dauerschwell-Belastungen
die
Ursache
gewesen.
Siehe Anlage 2.3_2
Der bei der gerissenen Kette auf den Laschen ermittelte Härtewert betrug im Mittel 470HV10.
Als Vorgabe zur Produktion bei Ketten der Firma Iwis wird ein Härtewert von HRC 43+5 gefordert.
Gleicht man die Härtewerte nach Vickers (HV10 nach DIN EN ISO 6507) den Werten nach
Rockwell (HRC nach DIN EN ISO 6508) an, so läge die gerissene Kette der Firma Sachs im Mittel
ca.40-50HV10
über
der
Anforderung.
Sie
wären
also
härter/spröder.
Anmerkung: Der Vergleich von Härtewerten, die mit unterschiedlichen Verfahren ermittelt werden,
wird auch als Umwertung bezeichnet (siehe DIN 50150).
23
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Spätere Ketten waren wiederum anfällig für Wasserstoffeintrag und Versprödung durch Bildung
molekularen Wasserstoffes im Gefüge. Siehe Anlage 2.3_3 und Anlage 2.3_4.
Diese Schadensform erkennt man unter dem REM an den typischen Merkmalen, wie sie jeder
durch Wasserstoffversprödung verursachte Bruch aufweist.
Dies wird noch ausführlich unter dem Punkt 6.11 Wasserstoffversprödung behandelt.
Auffällig waren Fälle von reparierten Audi A3, bei denen nach erfolgreicher Reparatur innerhalb
kürzester Zeit und wenig Kilometerfahrleistung die Kette erneut längte und sie nach meist 10000
Kilometern bei -3°KW oder -4°KW Verschiebung standen. Zudem traten abermals die bekannten
Motorlaufgeräusche auf.
Diese Auffälligkeit wird im Punkt 7 behandelt.
Eine gelängte Sachs-Kette eines BDB-Motors vom 15.9.2003 EZ wurde vermessen.
Die Ergebnisse sind unter Anlage 2.3_5 aufgeführt.
Schaut man sich das Diagramm 1.1_1 in der Anlage 1_1 an, so fällt einem die große Anzahl an
Schäden im Produktionsmonat März 2004 auf. Hier muss irgendwo im Produktionsablauf etwas
schiefgelaufen sein. Sei es beim Kettenhersteller Sachs, oder den Motorenbauern bei Audi.
Anders ist eine derartig hohe Zahl an Schäden nicht zu erklären.
Bild 3.3_4 - Prägung des Wortes „Sachs“ in der Kettenlasche
24
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Bild 3.3_5 - Prägung des Wortes „Sachs“ in der Kettenlasche.
Deutlich zu sehen wie tief die Prägung ist ( roter Rahmen ).
Bild 3.3_6 – Prägung (Buchstabe S von Sachs) mit Bruchfläche
25
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3.4
Die Kettenspanner
Kettenspanner erfüllen in Kettentrieben sehr viele und wichtige Aufgaben.
Sie halten die Kette auf der vorab berechneten Vorspannung, dämpfen zu gleich aber auch
Schwingungen ab. Im VR6-Motor kommen 2 unterschiedliche Typen zum Einsatz.
Der obere Spanner ist in Schraubenform ausgeführt und wird von Außen in den Block geschraubt.
Er drückt im Inneren auf eine an einem Drehpunkt befestigte Laufschiene und spannt so die Kette
vor.
Der untere Spanner befindet sich mitten im Kettentrieb und ist von außen nicht zugänglich.
Der Zylinder drückt auf eine am Spanner selbst befindliche Laufschiene welche die untere
Kette vorspannt. Der Zylinder ist so ausgelegt, dass man über den Kolbenweg das Maß der
Längung bestimmen kann.
Bild 3.4_1 - Unterer Kettenspanner
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Bild 3.4_2 - Unterer Kettentrieb des 3.2-Liter VR6 Motor
Bild 3.4_3 oberer Kettenspanner
27
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Bild 3.4_4 oberer Kettentrieb des 3.2-Liter VR6 Motor
Zu Beginn wurde vermutet, dass durch ein Defekt in den Spannern, mit erhöhter Kraft
auf die Kette gedrückt wurde.
Eventuell im Ölstrom mitgerissene größere Ölkohlepartikel hätten sich in den feinen
Ölkanälen sammeln können und Engpässe bilden, was zu Fehlfunktionen hätte führen
können. Um dies auszuschließen wurden die Kettenspanner radiografisch untersucht.
Es wurden keine inneren Verunreinigungen gefunden.
Die Röntgenaufnahmen sind in der Anlage 2.4_1.
Ein überdurchschnittlicher Verschleiß konnte hier nicht festgestellt werden.
Die Funktionalität des Zylinders war nicht beeinträchtigt.
28
_______________________________________________________________________
3.5
Die Laufschienen
Ein Kettentrieb benötigt zum einwandfreien Betrieb neben Spannelementen auch Laufschienen.
Sie sollen die Kette abstützen und führen. Es darf zu keinem Aufschwingen kommen, da hier die
Kettenspannung nicht mehr gewährleistet wäre und die Kette eventuell einen Zahn am Kettenrad
überspringen könnte. Die Folge wäre, dass die Steuerzeiten nicht mehr stimmen und der
synchrone Ablauf von Ventilen und Kolben gestört würde. Das nach unten öffnende Ventil würde
auf den nach oben eilenden Kolbenboden stoßen. Das Ergebnis wäre ein kapitaler Motorschaden.
Bild 3.5_1 - Motorschaden nach Steuerkettenriss beim VR6
Bild 3.5_2 - Blick auf den Kettentrieb des VR6
29
_______________________________________________________________________
Die ausgebauten Laufschienen zeigten unterschiedliche Verschleißgrade auf.
Bild 3.5_3 - Laufschiene mit Laufspuren der Steuerkette
Viele Laufleisten im Kettentrieb zeigten erhebliche Vertiefungen. Hervorgerufen durch das
Eingraben der Kette in den Werkstoff der Laufschiene. Diese Thematik wird unter Punkt 6.4
genauer untersucht.
Bild 3.5_4 - stark geschädigte Laufschiene
30
_______________________________________________________________________
Bild 3.5_5 - stark geschädigte Laufschiene
Betrachtet man sich die Geometrie der im VR6 verbauten Laufschienen genauer, so erkennt man
insbesondere im Vergleich zu anderen Motoren einen entscheidenden Schwachpunkt.
Sie sind teils zu kurz ausgeführt, zudem fehlen richtig gute seitliche Führungen, die ein
Verrutschen der Kette in seitlicher Richtung verhindern und sie in der Spur halten.
Zudem könnte so ein Überspringen verhindert werden.
Durch Laufschienen mit guter seitlicher Führung der Kette, könnte man den Kettentrieb
optimieren.
Weitere Bilder der Laufleisten sind in der Anlage 2.5_1.
31
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3.6
Die Nockenwellenversteller
Sie sitzen an den Nockenwellen um die Ventilsteuerzeiten zu beeinflussen. Durch einen
integrierten Zahnkranz werden sie durch die obere Steuerkette angetrieben. Im Inneren befinden
sich Flügelzellen und Kammern welche hydraulisch gesteuert werden können.
Bild 3.6_1 - Alter und neuer NWV
Sie nehmen direkt Einfluss auf den Motorlauf und wurden mehrmals in der Serie gegen
verbesserte Varianten ausgetauscht. Vermehrt häuften sich Fälle von Motorruckeln und
Leistungsverlust. Insbesondere traten diese Symptome auf, nachdem bei A3-Fahrern
unzureichend repariert wurde.
Genauer gesagt, es kam sehr oft vor, dass Werkstätten nur die obere Steuerkette tauschten,
ohne die Nockenwellenversteller zu tauschen. Laufschienen und Spanner wurden meist
getauscht. Erst zeitlich verzögert begann der Motor zu Ruckeln und unrund zu laufen. Es kam
öfters noch zu Drehzahlschwankungen. Erst nachdem durch hartnäckiges Drängen des Kunden
die Nockenwellenversteller auch getauscht wurden, waren diese Probleme verschwunden, und
der Motor lief rund und hing bissig am Gas. Von den Werkstätten informiert, besserte Audi mit
neueren Nockenwellenverstellern nach und führte dies auch in internen Werkstattanweisungen
auf. Sobald eine Werkstatt nun defekte Steuerketten tauscht, hat sie die Baustände der ab Werk
verbauten Versteller zu kontrollieren. Sind ältere Baustände vorhanden, müssen nun neuere
eingebaut werden.
32
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Teilenummern
022 109 087 E
022 109 088 G
der
alten
und
zuerst
verbauten
Nockenwellenversteller:
Teilenummern der neuen und zu verbauenden Nockenwellenversteller:
Bis Fahrgestellnummer 8P 6A085000
022 109 087 J
022 109 088 J
Und ab Fahrgestellnummer 8P 6A085001
022 109 087 H
022 109 088 L
Der Verdacht lag zu Beginn nahe, dass wiederum im Öl befindliche Partikel die hydraulisch
arbeitenden Teile außer Betrieb setzen. Dies war der Anlass die NWV einer Röntgenprüfung
zu unterziehen, um so in das Innere sehen zu können. Ablagerungen, Partikel oder
verschlossene Ölkanäle konnten jedoch am untersuchten Teil nicht lokalisiert werden.
Die Anlage 2.6_1 zeigt die Röntgenbilder der NWV.
Bild 3.6_2 Ein Nockenwellenversteller des VR6
33
_______________________________________________________________________
3.7
Die Ölpumpe
Die Ölpumpe ist das zentrale Element der Schmierung eines Motors.
Viele Bauteile im Motor werden durch Gleitlager gelagert und benötigen zur Aufrechterhaltung der
Schmierung einen ständigen Ölstrom. Ebenso wird zur Spannung der Ketten und zum Ausgleich
des Ventilspiels, mittels hydraulischer Stößel, Öldruck benötigt.
Im VR6 Motor wird, eine Zahnradpumpe eingesetzt, die durch zwei ineinander greifende
Zahnräder das Öl aus der Ölwanne fördert und in die Druckkanäle des Motors pumpt.
Verbaut ist die Pumpe unten am Motorblock, so dass sie das Öl direkt aus der Ölwanne
ansaugen kann. Dies geschieht durch ein, am Pumpenunterteil angebrachtes, Saugrohr. Durch
ein grobmaschiges Metallgeflecht (Ölsieb) wird das Öl vorgefiltert.
Das Öl wird in den Zahnlücken eingeschlossen und außen an der Gehäusewand durch die
Pumpe geführt.
Druckseite
Saugseite
Bild 3.7_1 – Funktionsprinzip einer Zahnradpumpe
Angetrieben wird hierbei nur eines der beiden Zahnräder. Durch den Eingriff der Zahnräder wird
gleichzeitig eine Abdichtung zwischen Druck- und Saugseite erreicht.
Der mechanische Antrieb erfolgt über die untere Steuerkette, welche über die Zwischenwelle, ein
Winkelgetriebe und eine weitere Welle mit der Ölpumpe verbunden ist.
Des Weiteren ist in der Ölpumpe ein Druckregelventil integriert, um den Öldruck im System zu
begrenzen. Ein Druckregelbolzen ist hierfür im unteren Teil der Ölpumpe verbaut. Durch eine
Spiralfeder, welche gegen den Bolzen drückt, wird der maximal zulässige Druck von ca. 6 bar
konstruktiv festgelegt. Sobald der Druck sich diesem Wert annähert wird der Regelbolzen zurück
gedrückt und gibt einen Überströmkanal frei, der das Öl in die Ölwanne zurück fließen lässt.
Durch dieses Verfahren wird unzulässig hoher Öldruck abgebaut und der Druck im System auf
einem konstanten Niveau gehalten.
34
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Auf dem nachfolgenden Bild sind sämtliche Bauteile einer, aus einem VR6 3,2l stammenden,
Ölpumpe zu sehen.
- Links im Bild das Pumpenunterteil incl. des Druckregelventils und Ölsieb
- In der Mitte das obere Gehäuse mit den Zahnrädern
- Rechts das zweite, nicht angetriebene, Zahnrad
Bild 3.7_2 – Einzelteile der Ölpumpe aus einem VR6 3,2
Saugseite
Druckseite
Bild 3.7_3 – Zahnräder im Eingriff
35
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3.8
Der Ölabscheider
Der Ölabscheider dient dazu das im Luftstrom der Kurbelwellengehäuseentlüftung enthaltene Öl
von der Luft zu trennen und dem Motorkreislauf wieder zuzuführen.
Der Ölabscheider ist in den Zylinderkopfdeckel integriert und nicht einzeln austauschbar. Bei den
3,2l Aggregaten gibt es zwei unterschiedliche Bauweisen. Beim Golf 4 R32 befindet sich der
Abscheider auf der, in Fahrtrichtung, rechten Seite der Zylinderkopfhaube. Alle neueren
Fahrzeuge (wie Audi A3, Golf 5 R32) haben einen geänderten Zylinderkopfdeckel. Hier befindet
sich der Abscheider auf der linken Seite.
Beim Golf4 befindet sich zur Abscheidung ein Metallgeflecht im Zylinderkopfdeckel, an dem das
Öl gefangen wird und anschließend abtropft.
Beim Audi A4 und Golf 5 R32 werden zur Ölabscheidung sog. Zyklonabscheider verwendet. Sie
basieren auf dem Massenträgheitsprinzip. Das Öl-Gas Gemisch gelangt tangential in den
Abscheider und wird dort in eine Rotationsbewegung versetzt. Durch die Trägheit der festen
Bestandteile werden diese zur Außenwand geschleudert und können von dort aus abfließen. Das
übrigbleibende Gas wird durch ein, in der Mitte angebrachtes, Rohr aus dem Abscheider und
anschließend in das Saugrohr des Motors geführt. Bei dieser Art von Abscheidern ist es wichtig
einen definierten Luftstrom sicher zu stellen. Wird dieser zu hoch werden Ölpartikel mitgerissen
und gelangen trotz Abscheider in den Motor.
Dazu wird dem Ölabscheider ein Unterdruckventil vorgeschaltet, welches den
Saugrohrunterdruck auf ein zulässiges Maß beschränkt.
Nachfolgend ist der Ölabscheider im Schnitt abgebildet.
-
Im roten Bereich sind die Zyklone und das Unterdruckventil zu sehen
-
Im gelben Bereich die Rückführung des Gases in das Saugrohr
Bild 3.8_1 –Ölabscheider im Audi A3 3,2l
36
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B
i
l
d
2
.
8
_
2
–
Bild 3.8_2 –Ölabscheider VR6 FSI 3,6l im Schnitt
37
_______________________________________________________________________
3.9
Die Nockenwellenpositionssensoren
Im Leerlauf zeigen die Messwertblöcke 208 + 209 die Zuordnung der Kurbelwelle zur
Nockenwelle für die Ein- und Auslassnockenwelle.
Audi definiert wie folgt:
Ist die obere Steuerkette zu stark gelängt, so werden Werte von –8° KW unterschritten und liegen
häufig bei –9° bis –10° KW.
Wird kein Wert angezeigt so ist auch in diesem Fall die Kette gelängt und muss getauscht werden.
Hinterlegt werden die Werte jeweils in den Messwertblöcken.
Zusätzlich wird ein Code im Datenspeicher hinterlegt.
Für die 1.Zylinder-Bank ist dies 17748
Für die 2.Zylinder-Bank ist dies 17755
Dort wird jeweils hinterlegt, dass der NW-Sensor/KW-Sensor eine falsche Zuordnung hat. Teils
auch sporadisch.
Leider kann man sich bei der Diagnose nicht zu 100% auf die Anzeige der Sensoren verlassen.
Es gibt Fälle von Steuerkettenlängung, bei denen ein Auslesen des Fehlerspeichers kein
positives Ergebnis brachte. Der Motor jedoch rasselte und klackerte. Die manuelle Sichtprüfung
zeigte deutlich falsch stehende Steuernocken und somit verschobene Steuerzeiten.
Wie ist dies möglich?
Zudem sich leider fast jede Werkstatt nur auf das Diagnosegerät verlässt. Hier wäre das zum
Nachteil des Kunden. Er müsste mit einem defekten Kettentrieb weiterfahren, da die Werkstatt
nichts im Fehlerspeicher fand. Somit ist für sie das Auto in Ordnung. Trotz der Rasselgeräusche.
Ursache sind die engen Toleranzen dieser NW-Sensoren. Sie streuen bauartbedingt schon ab
Herstellung sehr stark voneinander. Erfahrene KFZ-Meister machen beim Einbau einen
Kreuztausch der Sensoren, um so die Werte in Richtung Nullstellung zu bringen.
Nur durch die echte Nullstellung beim Einbau ist gewährleistet, dass später im Fall des Auslesens,
der eingetragene Wert auch der richtige ist, und nicht um einige Grad abweicht.
Dies könnte sehr nachteilig für den Kunden sein, da die Kette in Wirklichkeit bei –10°KW stehen
könnte, aber durch die Toleranz nur -6°KW angezeigt werden.
38
_______________________________________________________________________
Hier bedarf es bei der Reparatur größter Erfahrung des Werkstattpersonals um dies sachgerecht
zu verbauen. Ein Auslesen nach dem Einbau zur Kontrolle kann dem Kunden und
Werkstattpersonal helfen, den richtigen Wert abzugleichen und die tatsächliche Nullstellung zu
markieren. So weiß man später wie weit die Kette tatsächlich gelängt ist.
Bild 3.9_1 – Nockenwellenpositionssensor (Hallgeber) in Großaufnahme
Bild 3.9_2 – Nockenwellenpositionssensor (Hallgeber) in Großaufnahme
39
Der Schmierstoff
_______________________________________________________________________
4.
Der Schmierstoff
4.1
Das Longlife Intervall
In Modellen der aktuellen Baureihen werden die Inspektions- und Ölwechselintervalle als so
genannte Wartungsintervallverlängerung, kurz WIV, ausgeführt.
Um den Kunden möglichst große Abstände zwischen den Inspektionen zu bieten wurde das
Ölwechselintervall bei Ottomotoren auf bis zu 30.000km oder 2 Jahre (je nachdem welcher Fall
zuerst eintritt) erweitert.
Bei TDI Fahrzeugen wurde zwischenzeitlich ein Intervall von bis zu 50.000km realisiert, welches
jedoch in aktuellen Fahrzeugen nicht mehr vorzufinden ist.
Die Besonderheit beim Longlife Intervall liegt in der Flexibilität. Der Zeitpunkt des Ölwechsels wird
vom Motorsteuergerät berechnet. Hier gehen u.a. Daten über den Fahrzustand (Drehzahl,
Motoröltemperatur, Geschwindigkeit, Verbrauch) sowie die Anzahl der Kaltstarts ein. Anhand
dieser wird der Zeitpunkt des Ölwechsels individuell errechnet. Eine direkte Überwachung des
Ölzustandes findet hierbei nicht statt.
Nährt sich die Laufleistung dem errechneten Wartungszeitpunkt, wird über das Kombiinstrument
eine Meldung ausgegeben, die dem Fahrer signalisiert, dass der nächste Service bevorsteht. Die
Meldung beinhaltet auch eine Restlaufleistung bis zum Service; üblicher Weise zwischen 2000
und 3000km, je nach Modell.
4.2
Das Motoröl nach Longlife Spezifikation
Um entsprechende Laufleistungen zu erreichen, werden vom Hersteller Longlife Öle
vorgeschrieben.
Diese Öle sind nach speziellen Ölnormen der Hersteller klassifiziert. Heute sind Longlife Öle
überwiegend in der Viskosität 5w-30 zu finden und werden per Hydrocrack Verfahren hergestellt.
Bezeichnet wird das Öl als Longlife 3.
Das zuvor eingesetzte Longlife 2 Öl hatte dagegen noch weitere Besonderheiten. Der HTHS
wurde per Herstellernorm auf einen Bereich von 2,9 bis 3,5 begrenzt. Grund hierfür war ein
verbesserter Verbrauchswert. Das Öl mit abgesenktem HTHS Wert bietet weniger Widerstand
und damit einen leichteren Lauf der Bauteile. Nachteilhaft wirkt sich allerdings der instabilere
Schmierfilm aus. Das Resultat ist eine erhöhte Verschleißanfälligkeit.
Heutige Longlife 3 Öle wurden in ihrem HTHS wieder auf ein Niveau über 3,5 festgelegt.
Eine weitere Besonderheit sind Öle, die als so genannte „Low SAPS“ angeboten werden. Diese
werden in ihrem Anteil an Sulfatasche, Schwefel und Phosphor begrenzt. Der Grund liegt einmal
bei den eingesetzten Dieselpartikelfiltern, die sich durch Verschmutzung mit Asche zusetzen. Ruß
wird durch ein spezielles Reinigungsprogramm selbstständig abgebaut. Die Asche hingegen
verbleibt im Filter und führt damit zur Unbrauchbarkeit.
Der geringere Schwefel und Phosphoranteil hingegen kommt den Katalysatoren der Ottomotoren
zu Gute. Diese werden dadurch weniger stark belastet.
Um die vorgeschriebenen Werte zu erreichen, werden asche-, schwefel- und phosphorhaltige
Additive in ihrem Anteil reduziert.
40
Der Schmierstoff
_______________________________________________________________________
4.3
Thematik der Motoröle
Allgemeine Erläuterungen:
Öl wird üblicher Weise nach seiner Viskositätsklasse bezeichnet.
5w-30 / 0w-40 / 5w-40 / 5w-50 usw.
Die erste Ziffer gibt an bis zu welcher Temperatur das Öl der Ölpumpe noch selbstständig zufließt.
Ein 5w ist bis -30°C, ein 0w bis -35°C dazu fähig.
Die 2. Ziffer gibt die dynamische Viskosität bei genau 100°C an. Je größer der Wert, desto zäher
das Öl bei 100°C.
Das Problem ist hier, dass die beiden Werte nicht viel über ein gutes oder ein schlechtes Öl
aussagen. Dazu sind eine ganze Reihe weiterer Kennzahlen notwendig.
Ein wesentlich aussagekräftigerer Wert ist die HTHS-Viskosität.
Dieser Wert gibt an wie stabil der Ölfilm bei 150°C und unter Scherbelastung ist. Die Abkürzung
HTHS steht für  High Temperature High Shear
Wenn man sich jetzt das Temperaturgefälle im Motor anschaut wird schnell klar wo dieser Wert
wichtig ist:
Bild 4.3_1 – Temperaturgefälle im Verbrennungsmotor
Am Kolben bzw. zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand herrschen sowohl hohe
Temperaturen als auch eine hohe Scherbelastung, um mal eine beispielhafte Stelle im Motor zu
nennen. Die Folge eines zu geringen HTHS wäre dann übermäßiger Verschleiß der Bauteile.
41
Der Schmierstoff
_______________________________________________________________________
Dazu muss aber gesagt werden, dass der HTHS Wert alleine nicht für die
Verschleißeigenschaften des Öls verantwortlich ist. Wenn ein Öl nur aus dem Grundöl bestehen
würde, würde das eingeschränkt noch zutreffen. Man kann also nicht direkt sagen, dass ein Öl mit
einem hohen HTHS immer besser ist wie eins, das nur einen niedrigeren Wert; als Anhaltspunkt
aber ist dieser aber dennoch brauchbar und wesentlich besser wie die Viskositätsklasse.
Wenn man sich heute die Zusammensetzung der Motoröle ansieht gibt es eigentlich kein Öl mehr,
das nicht legiert ist; also keine Additive hat.
In modernen Ölen liegt der Anteil an Additiven um die 20% und darüber.
Diese Additive verbessern unter anderem auch den Verschleißschutz und können die zu
schmierenden Teile auch dann noch voneinander trennen wenn das Grundöl dazu nicht mehr in
der Lage wäre.
Neben den Verschleißschutzadditiven gibt es noch sog. EP Additive, die die Druckstabilität
verbessern. Diese Eigenschaften sind an Stellen wichtig wo eine hohe Flächenpressung aber
geringe Relativbewegungen zwischen den Reibpartnern vorliegen, also da wo sich kein
hydrodynamischer Schmierkeil bilden kann. Beispielhaft sind hier der Kolbenbolzen, Zahnräder,
Ventil auf Nocke, Hydrostößel.
Weiter bestehen die Motoröle u.a. noch aus Reinigungs- und Korrosionsschutzadditiven,
Dispergentien (sie halten feine Ablagerungen in der Schwebe), und ViskositätsindexVerbesserern.
Die Additive sind allerdings nicht unbegrenzt verfügbar. Sie werden im Motor aufgebraucht und
verlieren mit dem Gebrauch ihre Wirkung.
Der Viskositätsindex (VI) gibt an wie stark ein Öl mit steigender Temperatur ausdünnt. Die
Viskosität von Ölen ist temperaturabhängig, je höher die Temperatur, desto fließfähiger ist das Öl.
Das Optimum würde ein Öl darstellen, das bei allen Temperaturen gleich viskos (zäh/fließfähig)
ist. Da das aber nicht geht versucht man durch spezielle Additive möglichst nah an das optimale
Öl zu kommen. Je höher der VI ist, desto weniger stark dünnt ein Öl aus. Also ein Öl mit hohem
VI kann bei kalten Temperaturen gut fließen und wird gleichzeitig bei hohen Temperaturen nicht
zu dünn.
Problematisch wird ein zu stark ausdünnendes Öl u.a. in den Gleitlagern. Das Prinzip der
Gleitlagerung beruht anschaulich erklärt auf dem des Aquaplanings. Die zu lagernden Bauteile
bilden bei hohen Drehzahlen einen sog. hydrodynamischen Schmierkeil. Der trennt die Teile
voneinander und verhindert mechanische Reibung. Während der Anlaufphase gibt es allerdings
immer eine kurze Zeit lang Mischreibung bis sich der Schmierkeil vollständig aufgebaut hat. Um
nach dem Kaltstart möglichst schnell die Schmierung im Motor aufzubauen ist daher ein Öl von
Vorteil, das eine möglichst niedrige dynamische Viskosität aufweist; also ein 0w oder 5w.
Wenn ein Öl bei Hitze extrem dünnflüssig wird, werden höhere Relativgeschwindigkeiten
zwischen den Reibpartnern benötigt um sie vollständig voneinander zu trennen.
Wenn man !!ausschließlich!! die Schmierung betrachtet, kann ein Motor gar nicht hoch genug
drehen. Je schneller die Lager sich drehen, desto stabiler wird die Schmierung. Begrenzt wird
dies aber durch die Bauteilfestigkeit der Pleuel, Kolben, Kolbenbolzen usw.
42
Der Schmierstoff
_______________________________________________________________________
Als nächstes gibt es bei Ölen noch die TBN (Total Base Number). Mit dem Wert wird angegeben
wie lange ein Öl saure Bestandteile neutralisieren kann.
Bildlich gesprochen kann man das so verstehen, dass Öle eine Art Vorrat haben um Säure zu
neutralisieren. Je mehr ein Öl mit sauren Verbrennungsrückständen kontaminiert wird, desto
mehr wird die TBN abgebaut.
Diese Aufgabe wird von den alkalisch wirkenden Additiven übernommen. Dazu gehören die
Reinigungs- und Rostschutzadditive. Damit ist die TBN ein Faktor, an dem erkennbar ist, wie
lange ein Öl im Motor bleiben kann.
Der Verdampfungsverlust stellt eine weitere Kenngröße bei Ölen dar. Wenn das Motoröl an die
heißen Zylinderlaufflächen gelangt, verdampft ein Teil davon und wird mit verbrannt. Der
Verdampfungsverlust gibt an wie stark ein Öl dazu neigt zu verdampfen und welche
Mengenanteile dabei verdampft werden.
Seitdem PKW mit DPF (Dieselpartikelfilter) ausgerüstet werden, fordern die Hersteller Öle mit
einem besonders geringen Anteil an Sulfat Asche. Asche entsteht wenn man das Öl im Motor
verbrennt. Diese gelangt dann in den DPF und verstopft ihn. Von diesen Ablagerungen kann sich
der DPF nicht wieder regenerieren.
Diese Öle werden als low-SAPS Öle bezeichnet und haben einen Sulfat Asche Gehalt zwischen
0,6 und 0,8%. (je nach geforderter Norm).
Noch ein paar Sätze zum allgemeinen Verhalten von Öl. Wenn man in Foren liest, stößt man oft
auf Aussagen wie „bloß kein 0w-**, das läuft dir durch alle Dichtungen“.
Das ist technisch gesehen allerdings nicht haltbar.
Wenn man sich mal die Viskosität sämtlicher Öle ansieht ist keins!! im kalten Zustand
dünnflüssiger wie bei Betriebstemperatur. Das „0w“ gibt nur an bis zu welcher Temperatur das Öl
noch selbstständig fließt. Bei 100°C sind die Öle um ein Vielfaches dünnflüssiger wie bei den
Temperaturen die durch die erste Ziffer beschrieben werden.
Genau genommen ist das sogar fast umgekehrt. Ein 0w-40 dünnt mit zunehmender Temperatur
nicht so weit aus wie ein mineralisches 15w-40 und ist damit bei 100°C immer noch stabiler.
43
Symptome und Diagnose der Kettenlängung
_______________________________________________________________________
5.
5.1
Erste Anzeichen
Die Steuerkettenlängung ist ein schleichender Prozess und damit sehr tückisch. Diese
Klangveränderungen des Motors treten nicht von heute auf Morgen in voller Stärke auf, sondern
sie werden über einen langen Zeitraum immer langsam lauter und prägnanter. Das Ohr gewöhnt
sich daran, und man erkennt diese Geräusche nur, wenn man schon einmal etwas mit
Steuerketten zu tun hatte. Mit ein Grund, weshalb viele Werkstatt-Mitarbeiter Probleme bei der
Diagnose bekommen. Die VR6 3.2-Liter Motoren sind nicht oft vertreten. Kaum ein Autohaus hat
einen als Gebraucht- oder Neuwagen vor Ort, um einen Vergleich zu bekommen. Wiederum viele
hatten überhaupt noch keinen auf ihrem Hof oder in der Werkstatt, da die große Zahl verkaufter
Fahrzeuge eher kleinere Motoren aufzeigt.
Ein weiteres Phänomen ist neben den klanglichen Veränderungen des Motors die Abnahme der
Leistung. Der Mensch gewöhnt sich zu schnell an gewisse Situationen. So auch die Fahrsituation
mit einem 250PS starken Audi A3. Man fährt ihn täglich und bemerkt somit nicht, dass ständig
etwas die Leistung nachlässt. Man würde dies wohl schneller bemerken wenn auch hier von
heute auf morgen schlagartig 20-30 PS fehlen würden. Dem ist nicht so.
Dennoch ist es messbar. Im Anhang sind 3 Leistungsprotokolle aufgeführt. Mit je einer Messung
im Neuzustand, während des Defektes kurz vor der Reparatur und nach der Reparatur. Deutlich
zu sehen die Abfälle bei Leistung und Drehmoment, sowie der zittrige Verlauf der Kurven im Falle
der Messung die mit defekter Steuerkette ermittelt wurde. Man erkennt im letzten Bereich dass
der Motor auf die Leistung hinregeln möchte, es aber nicht schafft wegen den verstellten
Steuerzeiten. Folgende Diagramme sind in den Anlagen.
Anlage 4.1_1 :
Anlage 4.1_2 :
Anlage 4.1_3 :
Leistungsmessung des A3 nach der Reparatur.
Leistungsmessung des A3 ohne Rasseln (Neuzustand)
Leistungsmessung des A3 mit Rasseln (mit defekten Steuerketten)
Weitere Anzeichen sind erhöhter Spritverbrauch und ein unrunder, rauher Lauf des Motors.
Besonders gut im kalten Zustand im Leerlauf zu hören. Alle Fahrer bei denen repariert wurde
berichten von einem gesunkenen Spritverbrauch und seidenweichem Klang. Wie ein
Sechszylinder eben klingen soll.
Darum hier nochmals Videos zum Vergleich:
Vor der Reparatur mit defektem Kettentrieb
NACH der Reparatur
Von Vorne
Von Vorne
Seitlich
Seitlich
Über Motor
Über Motor
Im Radkasten
Im Radkasten
Alle Dateien sind auch auf der Multimedia-DVD enthalten, die der gedruckten Variante dieses Berichtes
beiliegt, oder unter www.A3quattro.de zum Download bereit liegt.
44
_______________________________________________________________________
5.2
Einsatz des Werkstattdiagnosesystems
Bei dem Verdacht auf Längung der Steuerkette wird die Werkstatt zunächst den Fehlerspeicher
mit ihrem Diagnosegerät auslesen. Ist eine Kette gelängt, so ändern sich die Steuerzeiten in
Richtung „spät“. Dies registrieren die Nockenwellenpositionssensoren.
Den ermittelten Wert schreiben Sie in den Messwertblöcken 208 + 209 nieder.
Im Leerlauf zeigen die Messwertblöcke 208 + 209 die Zuordnung der Kurbelwelle zur
Nockenwelle für die Ein- und Auslassnockenwelle.
Häufige Diagnose: Motorchecklampe leuchtet in Verbindung mit den Fehlercodes 17755 und
17748
Diese Fehlercodes deuten auf eine gelängte obere Rollenkette hin.
Leider streuen diese Werte so stark, verursacht durch die Produktionstoleranzen, so dass man
diese Werte nur anhaltsweise benutzen kann. Auf dieses Thema bezieht sich der
Punkt 6.9 . In vielen Fällen liegt eine echte Längung der Steuerkette vor, und die Werkstatt findet
keine oder nur unzureichende Werte. In diesem Fall sollte die Werkstatt unbedingt die manuelle
Sichtprüfung durchführen. Durch Ausbau beider Hallsensoren erkennt man die Stellung beider
Steuernocken von Ein- und Auslassseite zueinander und kann den Grad der Längung ersehen.
Die manuelle Sichtprüfung behandelt Punkt 5.3
Anlage 4.2_1 zeigt einen Diagnose-Ausdruck der Messwertblöcke 208 + 209
Bild 5.2_1 – Diagnosegerät
45
_______________________________________________________________________
Bild 5.2_2 – Diagnosegerätstecker in der Anschlussbuchse des Audi A3
46
_______________________________________________________________________
5.3
Die manuelle Sichtprüfung
Die sicherste Methode, eine Längung der oberen Steuerkette festzustellen ist die sogenannte
manuelle Sichtprüfung.
Der Aufwand ist minimal, und man befindet sich auf der sicheren Seite, im Gegensatz zur
Diagnose über OBD und Auslesen des Fehlerspeichers. Diese Ungenauigkeit beschreibt Punkt
6.9. Die manuelle Sichtprüfung dauert alles in allem keine 30 Minuten, inklusive der Erstellung
von Bildern.
Der Wagen wird auf der Hebebühne leicht angehoben um freien Radlauf zu garantieren.
Nun dreht man so lange bis man bei Zylinderbank 1 (Einlassseite) den OT-Punkt richtig
eingestellt hat. Um Einsicht zu bekommen, muss nun der Luftfilterkasten ausgebaut werden.
Auf der Höhe des Öleinfüllstutzens werden die Kabelstränge die seitlich am Motor verlaufen
gelöst, und beide Hallgeber ausgebaut
Nun kann man durch die Fenster (Sitz der ausgebauten Hallgeber) in den Motor schauen.
Audi gab an die Werkstätten Reparaturhinweise in denen 2 Bilder mit der
„Normalstellung“ abgebildet sind. Weichen die Steuernocken am PKW von den Bildern ab, so ist
zu reparieren, da eine Kettenlängung vorliegt. Der „kritische“ gemessene Grenzwert wäre laut
Audi-Vorgabe: -8° KW.
Ab hier spricht der Konzern von einer Kettenlängung die repariert werden muss.
Bild 5.3_1 – Luftfilterkastenausbau
47
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Bild 5.3_2 – Lösen der Kabelstränge
Bild 5.3_2 – Sitz der Hallsensoren
Bild 5.3_3 – Ausbau der Hallsensoren
48
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Bild 5.3_4 – Hallsensor Zylinderbank 2
Bild 5.3_5 – vor dem Ausbau der Hallsensoren
49
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Bild 5.3_6 – Blick auf die Hallsensoren
Bild 5.3_7 – offene Sichtfenster
50
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Bild 5.3_8 – Großaufnahme des Hallgeber
Bild 5.3_9 – Steuernocken im Sichtfenster (Nockenstellung = Beispielaufnahme)
51
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Bild 5.3_10 – Steuernocken im Sichtfenster (Nockenstellung = Beispielaufnahme)
52
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Hier ein Bild, welches zeigt wie man den OT-Punkt der ersten Zylinderbank einstellt
Bild 5.3_11 – Riemenscheibe auf OT-Stellung der 1.Zylinderbank
Auf der Riemenscheibe auf der linken Seite des Motors (Riementriebseite / von vorne gesehen)
ist eine kleine Prägung in Form eines kleinen Halbkreises (ca. 3-4 mm) angebracht.
Ebenso befindet sich eine schräge Markierung auf dem Motorblock.
Nun sollte man die Riemenscheibe so drehen, dass die Markierung der Riemenscheibe mit der
Markierung am Motor in einer Flucht liegt.
Siehe Pfeilmarkierungen in Bild 5.3_11
Ist der OT-Punkt richtig eingestellt, sollten die Steuernocken ähnlich wie in Bild 5.3_9 und
Bild 5.3_10 in den Sichtfenstern erscheinen.
53
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5.4
Die Geräuschanalyse
Man hat ja als erste „größere“ Anzeichen der Steuerkettenlängung und Defekten beim
Steuerkettentrieb meist diese typischen Geräusche. Einige bemerken es dennoch nicht, da es ein
schleichender Prozess ist und die Geräusche langsam zunehmen und lauter werden. Ab und zu
bemerken Fahrer erst die Warnlampe oder den Leistungsverlust und Ruckeln des Motors.
Es fallen zuerst die Geräusche auf. Und schon immer fragte man sich, wie können die entstehen?
Niemand konnte etwas Genaueres sagen.
„Es kommt halt von den kaputten Teilen...“ wurde erzählt. Ja schon klar. Nur wie halt ???
Welche Geräusche sind es, die auftreten? Man kann das gesamte Spektrum aller Geräusche in 3
Teile gruppieren:
Teil 1:
Zylinderkopfhaube mit Kurbelgehäuseentlüftungskasten (dort in der Nähe des Öldeckels) bis auf
Höhe der Hallgeber. Oft hat man so ein hartes, metallisches Klackern. Der TÜV-Experte aus dem
Rasthaus TV-Beitrag sprach von nadelartigen Tacker-Geräuschen.
Teil 2:
Der Bereich des Kettenkastens bis fast auf Getriebehöhe. Hier hört man ein leichtes Schleifen.
Ähnlich dem Geräusch, welches entsteht beim Holz glätten mit Hilfe von Schmirgelpapier.
Teil 3:
Ein blechernes, schabendes Geräusch. Teils mahlend. Im untersten Bereich sehr gut hörbar und
zwar fast auf der Höhe der Ölwanne. Gut hört man es, wenn man die Lenkung komplett nach
Links einschlägt und dann im Radkasten der Fahrerseite lauscht. In der Radhausverkleidung ist
eine Öffnung zu sehn. Dort erkennt man einen Deckel, der vom Handschaltgetriebe stammt. Beim
DSG kann es anders ausschauen.
Bild 5.4_1 – Radkasten Fahrerseite / Blick auf das Schaltgetriebe
54
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Aus diesem Grunde sagen die meisten Werkstätten dass die Geräusche vom Getriebe seien.
Aber FALSCH. Sie kommen vom Kettentrieb.
Zur Verdeutlichung wurden im folgenden Bild die 3 Bereiche markiert.
Bild 5.4_2 – Offener VR6-Motor mit den drei Geräusch-Zonen
In dem Fall kommt man ohne Anschauungsbilder nicht weiter.
55
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Würde man eine Schallintensitätsmessung vornehmen, könnte man an Hand der Auswertung
genau lokalisieren welche Teile in einer bestimmten Drehzahl Geräusche erzeugen.
Die Darstellung gäbe es in Form eines Falschfarbenbildes. Rote Bereiche strahlen viel, Blaue
Bereiche wenig Geräusche ab. Das nächste Bild zeigt, wie es aussehen könnte.
Bild 5.4_3 – simulierte Schallintensitätsverteilung im Bereich des Kettentriebes
Ein intakter Steuerkettentrieb läuft harmonisch und ruhig. Er hat lediglich die typischen
Kettenlaufgeräusche, welche aber leise ausgeprägt sind.
Gehen wir nun davon aus, dass die Kette in sich geschwächt ist. Durch abrasiven Verschleiß von
im Öl gelösten Verunreinigungen wie Ruß, Glasfasern etc. Dadurch wird sie auch seitlich deutlich
biegsamer. Dies sieht man in den Vergleichsaufnahmen der alten Sachskette mit der neuen
Iwiskette. Sie hat also seitliches Spiel. Siehe Anlage 2.3_1.
56
_______________________________________________________________________
Ein Motor erzeugt sehr viele Schwingungen. Hierzu zählen die unterschiedlichsten
Motorordnungen sowie diverse Eigenfrequenzschwingungen der unterschiedlichsten Bestandteile
und Anbauteilen. Jeweils immer abhängig von der Motordrehzahl.
Was die Eigenfrequenz anrichten kann, sah man am bekanntesten Beispiel des Stahlzeitalters.
Der Tacoma Narrows Bridge
http://www.youtube.com/watch?v=j-zczJXSxnw
Fährt man ein Bauteil in seiner Eigenfrequenz, dauert es nicht lange bis zur Zerstörung. Bewegt
man sich im Anregungsspektrum kurz vor oder hinter dieser kritischen Frequenz, so wird das Teil
nicht direkt gleich zerstört, sondern vorgeschädigt. Nicht befestigte Teile schlagen beispielsweise
die Aufnahmelöcher aus, schädigen Gewindegänge etc.
Hätte man den Kettenkasten aus Plexiglas, und würde der Motor laufen, so könnte man mittels
eines Stroboskopes die verbauten Teile anleuchten, und so die Schwingung eines jeden Teiles
sehen.
Wir vermuten hier eine große Mitschuld beim Verschleiß. Die schwingende und geschwächte
Kette wird angeregt und in ihrer Grundschwingung verstärkt, wodurch sie nicht mehr rund und
sauber läuft. Der Beweis wäre die Laufschiene im folgenden Bild.
Bild 5.4_4 – Geschädigte Laufschiene
57
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Würde die Kette sauber in ihrer Spur laufen, hätte man nur 2 Spuren. Ähnlich dem Gleisstrang
der Eisenbahn. Auf der ausgebauten Schiene sieht man jedoch viele Spuren, darunter auch
schräge. Daher vermuten wir, dass die schwache Kette je nach Drehzahl und aktueller
Eigenfrequenz gewisse Sprünge auf der Schiene macht. Eventuell schlägt sie sogar leicht.
Folgend eine Skizze zur Verdeutlichung:
Bild 5.4_5 – Geräuschentwicklung durch den nicht idealen Lauf der Kette
Man kennt das vom Fahrrad fahren. Dort ist es ähnlich wenn man einmal kräftig in die Pedale tritt.
Soviel zur Theorie, und weiter zur Erklärung der Geräusche in den Bereichen 1 bis 3.
Teil 1.
Dieses harte Klackern.
Eventuell liegt die Kette ab und zu leicht schräg, unter einem Winkel auf dem Ritzel des
Nockenwellenverstellers. Der Lauf wäre nicht mehr frei und sauber, wenn die Ritzel in die
Freiräume der Kette greifen. Sie würde verkantet über die Ritzel der Nockenwellenversteller
laufen, teils etwas hochspringen, was zu Auswaschungen der Ritzelflanken führen könnte. In
Folge dadurch resultierend:
58
_______________________________________________________________________
Harte Klackernde Geräusche.
Beim Radfahren ist es ähnlich wenn man in den Gängen schaltet und die Kette schräg auf den
Ritzeln liegt bei zeitgleichem festem Tritt in die Pedale.
.
Bild 5.4_6 – Laufschiene
Teil 2:
Im Mittleren Bereich befinden sich eigentlich nur längere Lauf- und Gleitschienen welche
keine seitlichen Führungen aufweisen, die Kette dadurch einengen und zu einem geraden
Lauf „zwingen“. Nein, sie kann wieder durch Schwingungen angeregt, auf der Schiene hin- und
hergleiten. Das könnte dieses markante Schleifen sein.
59
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Bild 5.4_7 – simuliertes seitliches Bewegen der Kette
Teil 3
Das blecherne schabende Geräusch, könnte ein Mix sein von dem Laufen auf dem unteren
Spanner mit der integrierten Laufschiene. Im Röntgenbild sieht man deutlich den Aufbau des
Teiles. Hier vermuten wir am stärksten den Einfluss der Resonanzen. Sie könnten die schwachen
Metallfedern und Blechlaschen anregen, dann hätten wir das blecherne Geräusch schon ermittelt.
Eigenschwingverhalten plus pulsierender Ölstrom im Innern.
60
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Bild 5.4_8 – unterer Kettenspanner
Bild 5.4_9 – radiografische Aufnahme des unteren Kettenspanners
61
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Weitere Bilder sind in der Anlage 2.4_1
Zum Schluss, einige Beispiele von den typischen Geräuschen.
Defekter Kettentrieb, Beispiel 1
Den VR6 3.2 Motor im Schnitt kann man sich hier in Bild und Film anschauen.
Diashow VR6 Motor
Video vom Schnitt- VR6 Motor
Alle Dateien sind auch auf der Multimedia - DVD enthalten. Mehr unter Punkt 14.
An dieser Stelle herzlichen Dank an Herrn Markus Hofer / Universität Graz für die Erstellung und
Aufbereitung des Foto- und Videomaterials.
Anmerkung:
Es gibt Fälle von reparierten Audi A3, die unter bestimmten Einflüssen dennoch Geräusche
erzeugen.
Im normalen gut warm gefahren Zustand sind keinerlei Störgeräusche zu erkennen.
Wurden diese Fahrzeuge extrem fahrerisch belastet, traten plötzlich Geräusche auf.
Man konnte dies gezielt durch folgende Parameter herbeiführen:
-schnelles hochziehen in den Gängen
-fahren in kleinen Gängen bei hoher Drehzahl
-begrenzungsnahes Fahren, ca. 6000 1/min.
Meist reichte eine gute Viertelstunde um Geräusche hören zu können. Diese äußersten sich in
Form von leichten Schab- und Kratzgeräuschen im Radkasten der Fahrerseite, sowie ganz
leichten Klackergeräuschen aus dem oberen Kettenkasten.
Stellte man diesen Wagen nun ca. 2-3 Stunden ab, und startete erneut. So waren die
beschriebenen Geräusche verschwunden.
Andere A3 und Golf R32 machten nach gleicher Belastungsfahrt keine Geräusche.
Wo also liegt die Ursache? Die Bauteile waren gleich. Und neu. Also müssen es andere Einflüsse
sein.
62
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Naheliegend sind erhöhter Öldruck durch eine defekte Ölförderpumpe sowie Blowby- und
Wassereintrag im Öl, welches Schmierfilmabriss zur Folgen haben könnte. Durch diese Einflüsse
kann die Kette schlagen und wiederum durch die verschärften Bedingungen wie mangelnde
Schmierung, Schwingungen, Vibrationen etc. aus der optimalen Laufspur geraten und verkanten /
schräg laufen. Dadurch können Geräusche erzeugt werden.
Lässt man sich das System beruhigen, so läuft die Kette wieder in ihrer ursprünglichen geraden
Spur mit optimalem Lauf, welcher keine Geräusche erzeugt.
In diesem Falle sollte man unbedingt kontrollieren ob der Öldruck in Ordnung ist, und wie lange
das Öl schon im Motor ist.
Vom Motorrad her kennt man das Phänomen. Ist die Kette zu stark gespannt, beginnt sie
aufzuschlagen. Erst unter verminderter Kettenspannung läuft sie ruhig.
Das nachfolgende Bild 5.4_10 zeigt eine Skizze welche die Situation des Schräglaufens
veranschaulicht.
Läuft die Steuerkette ganz gerade in der Spur, ohne Aufzuschlagen oder durch Schwingungen in
seitliche Bewegungen versetzt zu werden, so ist die Fläche die dem Verschleiß durch die
Kettenglieder ausgesetzt ist, fast gleich der Breite B der Kette mal der Auflagelänge L ( BxL). Die
so betroffene Fläche ist die geringste die es im System geben kann. Die Beschädigungen halten
sich in Grenzen. Der Glasfaseraustrag ist minimal. Auch die Geräusche welche entstehen sind
gering.
Läuft jedoch die Kette schräg und pendelt immer etwas links-rechts, wie es durch verschiedene
Einflüsse passieren kann, so ist die belastete Fläche größer. In unserem Beispielbild wäre das
(Bx2)xL . Es gibt mehr Verschleiß, mehr Glasfaserauswaschung, und durch das hin- und her
Rutschen (Gleiten) der Kette auf der Laufschiene natürlich auch mehr und stärkere Geräusche.
63
_______________________________________________________________________
Bild 5.4_10 – Skizze: Darstellung der unterschiedlich breiten Laufspuren bei intakter Steuerkette und einer
Steuerkette mit Schräglauf
64
_______________________________________________________________________
5.5
Tipp`s zum Gebrauchtwagenkauf
Was sollte man beim Kauf eines Gebrauchtwagens beachten?
Die vorigen Punkte zeigten einige wesentliche Merkmale, die bei einem Schaden vorherrschen
können. Wenn man gezielt darauf achtet, kann man das Risiko etwas minimieren einen Wagen
mit schleichender Steuerkettenlängung zu erwischen.
Wenn man die folgenden Punkte beim Gebrauchtwagenkauf abarbeitet, kann man den ISTZustand recht gut einordnen.
Hörprobe
Gezielt auf Rassel-, Schab-, Kratz- und Klackergeräusche achten. Einmal im Spalt zwischen
Luftfilterkasten und Motor. Im Bereich des Öldeckels und der Erhöhung der Zylinderkopfhaube
sind eher Klackergeräusche wahrnehmbar. Im Radkasten auf der Fahrerseite hört man meist
schabende und blecherne Geräusche.
Sichtprobe
Die Unterseite des Öldeckels darf keine Ölschlick oder Ölschaumspuren aufweisen. Die Wand
des Kettenkastens muss metallisch blank sein, und darf keine Ablagerungen wie Ölschlamm oder
Ölkohle aufzeigen.
Geruchprobe
Öffnet man den Öldeckel und riecht in die Öleinfüllöffnung, sollte es nach Motoröl riechen.
Vorsicht bei starkem Benzin- , Lösungsmittelgeruch.
Auslesen des Fehlerspeichers und der Messwertblöcke 208 + 209
Es darf kein Fehler abgelegt sein mit der Kennung 17748 oder 17755
Die Werte in den Messwertblöcken 208 + 209 sollten möglichst bei 0° bis -2° liegen.
Bei -3° bis -4° sind meist auch schon Geräusche zu hören.
Das Auslesen kann die VW/Audi-Werkstatt machen oder eine freie Werkstatt die das
entsprechende Diagnosegerät vorhält.
Manuelle Sichtprüfung
Sie kann nur eine qualifizierte Fachwerkstatt durchführen. Bietet aber die größte Sicherheit
hinsichtlich der Kettenlängung.
65
Die Einflussgrößen
_______________________________________________________________________
6.
6.1
Das Öl
Das Öl ist ein wesentlicher Bestandteil zur Erreichung der Lebensdauer eines Motors. Es ist für
die Schmierung sämtlicher Bauteile verantwortlich und bindet die entstehenden Schadstoffe, um
diese beim Ölwechsel aus dem Motor zu leiten.
Ebenso hat das Öl die Aufgabe die Hitze von den Bauteilen aufzunehmen und abzuleiten.
Wie bereits im Kapitel 3.3 beschrieben gibt es bei den Motorölen verschiedene Kennzahlen, die
bei Überbeanspruchung zu einer Fehlerursache bei vielen Bauteilen im Motor werden.
Im Motor wird durch das Blow-by die TBN (und damit wichtige Additive) aufgebraucht und es
bleiben saure Rückstände im Motor. Dies führt u.a. zu chemischer Korrosion. Ebenfalls ist das Öl
nicht mehr in der Lage den Motor komplett sauber zu halten. Dies führt dann im Betrieb zu
Ölschlamm und Ablagerungen im Motor.
Als „Verschleißgrenze“ kann man über den Daumen einen TBN Wert nehmen, der ca. 50-60%
des Frischöls entspricht.
Ein weiterer Punkt, der bei den LL Ölen kritisch erscheint, ist die Verdünnung durch den Kraftstoff.
Bei jedem Kaltstart kommt unverbrannter Kraftstoff, der an den kalten Zylinderwänden
kondensiert, ins Öl. Dieser verdünnt das Öl und setzt die Viskosität herunter. Folge daraus ist,
dass ein Öl mit der Zeit seine Hochtemperaturviskosität verliert und aus einem 30er Öl dann
schnell ein 20er wird. Die Folge daraus ist, dass das Öl ab einem bestimmten Punkt nicht mehr in
der Lage ist, einen heißen Motor ausreichend vor Verschleiß zu schützen. Wenn der Motor eine
längere Zeit über auf Betriebstemperatur gefahren wird, kocht der Kraftstoff zwar wieder aus dem
Öl heraus, geht aber nie auf „null“ zurück.
Zu erhöhtem Verschleiß kommt es besonders dann wenn ein Motor über längere Zeit viel
Kurzstrecke gefahren wird und anschließend auf der Autobahn hohen Belastungen ausgesetzt
wird. Es kann unter Umständen zu einem Abrieb der Zylinderwände kommen.
Der HTHS Wert ist ein nächster kritischer Punkt. Die ersten 3,2L VR6 im Golf IV R32 wurden
2002 mit dem sog. LongLife II Öl ausgeliefert.
Dies waren 0w-30 Öle, die der Norm nach einen abgesenkten HTHS Wert haben mussten.
Typischer Weise lag der dann in der Praxis bei fast allen LL2 Ölen bei 3,0. Die Norm schreibt
dabei einen Wert von 2,9 bis 3,5 vor. Der Grund für die Absenkung waren bessere
Verbrauchswerte mit einem low-HTHS Öl. In der Praxis wird man davon allerdings nicht viel
gemerkt haben. Wenn überhaupt dann auf dem Papier beim Norm-Verbrauch. Nachteil dabei ist
allerdings, dass man beim Verschleiß ein höheres Risiko eingeht.
Später kam das LL3 Öl welches wieder einen „normalen“ HTHS Wert hat. Die Norm fordert hier
einen Wert größer 3,5. Die Viskosität hat sich auch geändert und zwar auf 5w-30.
66
_______________________________________________________________________
Durch das heute übliche Longlife Intervall von 30.000km werden diese Effekte weiter verstärkt.
Die LL Öle, welche ohnehin eine sehr geringe TBN haben, müssen mit diesem Vorrat ein
komplettes LL Intervall überstehen, während beispielsweise ein Mobil1 fast die doppelte TBN hat
und bereits nach einem halben LL Intervall gewechselt wird.
Da bei den meisten Fahrzeugen keine echte Ölprüfung durch die Elektronik erfolgt und diese
damit nicht objektiv weiß wann das Öl zu sehr gealtert ist, führt dieses Verhalten bei einer
ungünstigen Kombination der Einflüsse schnell zum Verschlammen des Motors und damit zu
erhöhtem Verschleiß.
6.2
Blowby: Was ist das und welche Auswirkung hat es?
Unter Blow-By versteht man komplexe Mixturen aus Öl, Abgas, unverbranntem Kraftstoff und
Wasser, die an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelwellengehäuse gedrückt werden.
Die aggressiven Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid und Wasser können, wenn sie in
entsprechend hoher Konzentration vorliegen, korrosive Säuren bilden. Diese Säuren können nun
ihrerseits den Motor und vor allem Dichtungen, Schläuche und Leitungen im Motor beschädigen.
Wenn Durchblaseverluste zwischen Kolben und Zylinderrohr auftreten, spricht man von so
genannten Blow-By-Verlusten. Durch diese Verluste wird auch der Wirkungsgrad verringert, was
sich auf den Anteil der effektiv nutzbaren Arbeit auswirkt. Um diese Verluste zu minimieren,
stattet man den Kolben mittlerweile mit einem Ölabstreifring und zwei Verdichtungsringen aus.
Aufgrund der geometrischen Gestaltung und des Anpressdruckes der Kolbenringe bewirken diese
eine hohe Abdichtung. Allerdings muss darauf geachtet werden, den Anpressdruck nicht zu hoch
einzustellen. Denn sonst entstehen durch eine zu hohe Reibung wiederum Reibungsverluste.
Weiterhin muss man beachten, dass sich das Zylinderrohr nicht verformt, was unter dem Einfluss
von Kräften und Temperaturen leicht geschehen kann.
Im Kurbelgehäuse vermischen sich dann die Blow-By-Gase mit dem dort befindlichen Öl,
wodurch wiederum eine Schmierölverdünnung entsteht. Auch der Ölverbrauch kann sich erhöhen,
wenn die Blow-By-Gase über den Ansaugtrakt der Kurbelgehäuseentlüftung wieder zurückgeführt
werden. Selbst der Katalysator kann dadurch geschädigt werden, wenn er mit zu vielen
Öladditiven in Berührung kommt.
Im Normalfall treten bei Volllast, also hohen Drehzahlen, etwa 30 bis 50 Liter Blow-By-Gase pro
Minute auf.
Um zu verhindern, dass der Druck im Kurbelwellengehäuse unzulässig ansteigt und Öl aus dem
Motor gedrückt wird, müssen die Blow-by-Gase abgeleitet werden. Zunächst wurden diese Gase
einfach mittels eines Schlauchs in die Umgebungsluft abgeführt. Aber schon 1958 wurde
festgestellt, dass die Abführung der Blow-by-Gase in die Umgebung für rund
50 % der von einem Kraftfahrzeug stammenden Kohlenwasserstoffemissionen
verantwortlich ist.
67
_______________________________________________________________________
Die in den 60er Jahren eingeführte geschlossene Kurbelgehäuseentlüftung schaffte hier Abhilfe.
Dabei werden die Blow-by-Gase über Schläuche und ein Steuerventil wieder in den Ansaugtrakt
des Motors zurückgeführt, und von dort aus gelangen sie dann erneut in den Brennraum.
Auf diese Art und Weise konnte zwar eine der Hauptquellen für die Kohlenwasserstoffemission
eliminiert werden, das Problem der Beschädigung von Elastomerteilen wie Schläuchen,
Dichtungen und O-Ringen durch aggressive Medien im Motorraum, vor allem im Dauerbetrieb,
wurde aber aufgrund des höheren Blow-By-Anteils verstärkt. Vor allem Leitungen oder verstärkte
Schläuche aus Epichlorhydrinkautschuk (ECO), chloriertem Polyethylen (CPE) und
Chloroprenkautschuk (CR) können im Dauerkontakt mit diesen Gasen quellen oder zerstört
werden.
Dichtungen aus chlorhaltigen Elastomeren werden ebenso beschädigt und ihre Dichtwirkung lässt
nach. So können Blow-by-Gase über das gesetzlich zulässige Maß hinaus in die Umgebung
gelangen. Dieser Effekt wird in den kommenden Jahren durch erhöhte Abgasrückführung
verstärkt werden.
Auszug aus: www.motorlexikon.de
Des Weiteren werden metallische Motorteile angegriffen. Blowby besitzt einen PH-Wert von 1 , ist
also extrem sauer und gehört somit zu den Vertretern der Säuren. Da es eine wässrige Lösung ist
und Wasser enthält, sorgt es für eine übermäßig große Anreicherung an Wasserdampf innerhalb
des Motors.
Dieser kann hochfeste und vergütete Metallteile, sowie Kupfer und seine Legierungen durch
Wasserstoffeintrag in das Gefüge schädigen. Man spricht hier von der Wasserstoffversprödung.
Befallene Teile können ohne Vorwarnung schlagartig brechen oder zerreißen.
Ungünstige Führungen der Blowby-Gase führen zu verstärkter Kondensation.
Beispielsweise wenn einströmender Fahrtwind durch fehlerhafte Lüftungsöffnungen in der Front
direkt auf solche Teile geleitet werden. Dann kondensieren die Dämpfe durch die Kaltluft
schneller und es bilden sich viel größere Mengen Blowby - Flüssigkeit.
In Anlage 5.4_1 ist ein Teil der Kurbelgehäuseentlüftung radiografisch dargestellt
68
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Bild 6.2_1 – Schnitt-Modell Ölnebelabscheider beim VR6 3.2FSI / 3.6FSI
69
_______________________________________________________________________
Bild 6.2_2 – durch Blowby zerstörtes Verbindungsstück der Kurbelgehäuse-Entlüftung
Bild 6.2_3 – durch Blowby zerstörtes Verbindungsstück der Kurbelgehäuse-Entlüftung
70
_______________________________________________________________________
6.3
Häufige Kaltstarts, Kurzstrecken und Heißbetrieb
Kaltbetrieb
Kurze Fahrstrecken mit häufigen Kaltstarts führen zu sehr niedrigen Öltemperaturen, so dass sich
hohe Kraftstoffmengen im Öl anreichern können. Diese Verdünnung des Öls mindert dessen
Schmierfähigkeit und lässt es auf Grund erhöhter Aromatenanteile reaktiver werden, so dass ein
erhöhter Motorenverschleiß auftreten kann."
Der Umfang des Kraftstoffeintrages bei Fahrzeugen mit Ottomotor im Kurzstreckenbetrieb kann
enorm sein. Im Rahmen eines Flottentests unter typischen Zweitwagenbedingungen konnten in
Tests schon nach wenigen 1000 km Kraftstoffgehalte weit oberhalb von 10 % im Öl beobachtet
werden. Der Kraftstoffgehalt kann nach einer Etappe Autobahnfahrt wieder auf normale Werte
zurückgehen. Allerdings sollte man nicht zu früh stramm fahren, da das Öl verdünnt ist und nicht
die volle Schmiereigenschaften besitzt.
Auswirkungen solch stark verdünnter Öle auf den Motorenverschleiß gibt es viele.
Das häufigste unter anderem:
Plötzlich stark steigende Eisengehalte im Motorenöl sind ein klares Indiz für Verschleißvorgänge
im Motor. Dieser sprunghafte Anstieg konnte bei allen Fahrzeugen im Test, wenn auch
bauartbedingt bei unterschiedlichen Laufleistungen, beobachtet werden. Die Motorenbewertung
nach 10000 km Kurzstreckenbetrieb ergab, dass unter diesen Betriebsbedingungen ein
signifikanter Verschleiß an Zylinderlaufbahn, Kolbenringen, Ventiltrieb und Lagern aufgetreten
war.
Heißbetrieb
Hohe Geschwindigkeiten, insbesondere unter hoher Belastung (wie sie bei Pkw mit
Fahrleistungen über 40.000 km/Jahr typisch sein dürfte), führen zu hohen Öltemperaturen mit der
Folge von Nitration, Oxidation und Viskositätsanstieg. Das Risiko, dass der Verschleißschutz des
Motorenöles bei langen Ölwechselintervallen vorzeitig aufgebraucht werden kann, steigt. Der
unter diesen Betriebsbedingungen häufig auftretende gravierende Viskositätsanstieg des Öls
beeinträchtigt die Motorfunktion und führt zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch."
Kaltstartverhalten beim VR6 Motor
Messungen mittels OBD während der Fahrt ergaben, dass der VR6-Motor gute 20 Kilometer
benötigt um die Betriebs-Öltemperatur zu erreichen. Dies liegt am Volumen des Motors sowie den
großen Volumina von Kühlmittel und Motoröl. Bis dies alles durchgewärmt ist, braucht es seine
Zeit. Bei strengem Frost kann dies natürlich erheblich länger dauern.
Mit diesem Wissen im Hintergrund erklärt es sich fast von selbst, weshalb man Kaltstarts
unbedingt vermeiden sollte wo und wann es nur geht. Eben einmal schnell zum Bäcker im Ort,
oder die Kinder in die Schule fahren, ist auf Dauer gesehen Gift für diesen Motortyp.
Es bilden sich zuviel Benzinreste und Blowby, welche Motorkomponenten schädigen.
Zudem ist der Spritverbrauch in dieser Startphase relativ hoch.
71
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6.4
Thematik der glasfaserverstärkten Laufschienen des Steuerkettentriebes
Hier kurz die Thematik der glasfaserverstärkten Laufschienen.
Sie verschleißen ja sehr stark, da sich die Kettenglieder mit den Laschen regelrecht darauf
eingraben.
Vorweg etwas zum Bauteil als solches.
Meist bestehen diese Laufschienen aus PA66 GF+ oder einer Abwandlung der PA66-Familie.
In aller Regel besitzen sie 35-40% Glasfaseranteil.
Das eingesetzte Polyamid ist kein Standard-Polyamid wie man es von anderen Bauteilen her
kennt.
Kunststoffe kann man speziell designen. Dies bedeutet, für jeden Einsatzzweck gibt es durch
Zugabe von Füllstoffen und Zusätzen, eine besondere Mischung mit individuellen mechanischtechnologischen Eigenschaften.
Laufschienen müssen stabil sein. Zeitgleich sollen sie aber gleitende Eigenschaften besitzen.
Man nennt dies in der Tribologie den Selbstschmiereffekt. Diesen Zustand kann man durch
Zugabe von Graphit, PTFE oder Silikonölen erreichen.
Beim Einsatz in Kettentrieben sehr wichtig, sind besondere Zugabestoffe damit der neue
Werkstoff resistent gegenüber Ölen, Benzinen und Lösemittel wird. Da die Laufschienen im Motor
verbaut sind, müssen noch spezielle Stoffe zur Hitzestabilisierung dazu. Wären sie dem
Sonnenlicht ausgesetzt, könnte man noch Partikel zur UV-Stabilisierung dazu geben.
Wollte man Laufschienen selbst aus dem vollen Material fräsen, welches man sich besorgt, ginge
das Vorhaben nicht gut aus. Da man nicht weiß welche Stabilisatoren darin enthalten sind, bzw.
fehlen.
Bei Metallen ist eine Werkstoffanalyse mittels Spektralanalyse sehr leicht. Früher wurde das
Bauteil kurz angefunkt, und mittels dem entstandenen Muster des zerlegten Spektrums konnte
man genau sagen wie viele Prozentanteile eines jeden Legierungselementes darin enthalten sind.
Über Tabellen konnte man auslesen welche Stahlsorte es ist. Heute geht so etwas über eine
spezielle Art von Röntgenuntersuchung.
Für Kunststoffe gibt es ähnliche Verfahren, die aber bei weitem nicht so einfach sind. Hier bedarf
es aufwändigen und kostenintensiven Laboruntersuchungen.
Aus diesem Grund kann man nur jedem abraten, der die Teile selbst nachbauen möchte, um
eventuell seitliche Abstützungen zu realisieren.
Außer den Zusätzen gibt es noch einen anderen Grund dies nicht zu tun. Und zwar sind die
Laufschienen ab Werk Spritzgussteile. Dieses Granulat welches zuvor richtig mit Zusätzen
gemischt wurde, wird erhitzt und unter Druck in die Form gepresst. Danach ausgeworfen und
abgekühlt. Dadurch dass die Formmasse an die glatte Innenwand der Form gelangt und abkühlt,
bildet sich eine Art Spritzhaut. Ähnlich der Haut eines abgekühlten Puddings.
Sie ist glatt. Die enthaltenen Glasfasern richten sich überwiegend parallel zur Oberfläche darunter
aus. Ganz wenige stoßen spitz dazu. Durch dieses Ausrichten treten kaum Glasfasern aus dem
Kunststoff aus, welche die Kettenglieder verschleißen können.
72
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Nimmt man nun einen Block PA66 und fräst die Laufschiene aus, hat man überall offene
Glasfasern, die in kürzester Zeit die Kette verschleißen würden.
Weiterer Vorteil des Spritzgussverfahrens:
Im Laufe der Zeit lagern sich die Schmierzusätze und Stabilisatoren zum Teil in der Spritzhaut an.
Dadurch hat man in der oberen Schicht mehr gleitende Anteile im Werkstoff. Ähnlich den
Rollenböden am Flughafen auf denen die Container bewegt werden.
Hat man nun durch Blowby aggressiv gewordenes Longlifeöl, kann dies die in der äußersten
Schicht befindlichen Schmierpartikel und Zusätze auslösen oder teils ihre Wirkung mindern. Der
Gleitbelag verschwindet langsam. Unter dem erhöhten Spannerdruck verursacht durch die
defekte Ölpumpe, werden die Kettenglieder ständig fester auf die Schiene gedrückt. Die
Schmierwirkung des Öles lässt dank dem Blowby und erhöhtem Wassereintrag auch nach, die
Spritzhaut wird an den Berührungsstellen langsam abgetragen.
Ist sie erst einmal beschädigt, geht es ganz schnell.
Die Schmierwirkung des modifizierten PA66 lässt rapide nach, da das Bauteil verletzt ist. Das
Motoröl wäscht die letzten Schmierstoffe aus dem Werkstoff. Das eigentliche Motoröl schmiert
nicht mehr richtig und die Kettenglieder graben sich in einer Laufspur in die Schiene ein.
Bild 6.4_1 - Ausgebaute Laufschiene mit Beschädigungen durch die Kette
73
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Dort treffen sie auf die Glasfasern die aufgerichtet sind. Die Oberseiten der Kettenglieder
verschleißen. Teils nur punktuell. Die Kettenglieder tragen die längsgerichteten Glasfasern ab, sie
werden mit dem Öl mitgerissen und verschleißen im ständigen Ölstrom viele Teile, die an den
Ölkanal münden.
Je älter das Öl ist, desto höher ist der Öldruck und um so stärker gräbt sich die Kette in die
Schiene. Begünstigt dadurch, dass es für die Kette keine seitliche Führung gibt, kann die Kette,
angeregt durch Vibrationen und zu hoher Kettenspannung, aufschlagen und seitlich verrutschen.
Weshalb eine breite Fläche verschleißt. Und viel Glasfasermaterial ins Öl gelangt.
In Vermischung mit Ruß, Schwebeartikeln und harter Ölkohle treiben die gelösten Glasfasern im
Ölstrom ihr zerstörerisches Werk. Es entsteht abrasiver Verschleiß.
Bildlich könnte man sich den Grand Canyon vorstellen. Oder besser die Niagarafälle.
Der Untergrund der Landschaft ist die Laufschiene.
Das Flusswasser mahlt mit Hilfe von Sand und kleinen Steinen das Flussbett tiefer, und treibt den
Wasserfall immer weiter zurück. Bzw. im Grand Canyon wäscht es das Flussbett tiefer aus. Im
Motor geschieht ähnliches mit dem verunreinigten Longlife-Öl.
Und zwar an allen Bauteilen, auf die dieses verunreinigte Öl trifft.
Auch die Kettenteile werden so verschlissen. Die Kette erhält mehr Spiel in Längsrichtung.
Zusätzlich schlägt sie seitlich stärker aus.
Bild 6.4_2 - Verschleißspuren an den Kettenlaschen
Soviel zur Thematik der Laufschienen und dem Glasfasereintrag ins Öl mit daraus resultierenden
Auswirkungen.
74
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6.5
Schmutzpartikeleintrag im Öl (Ruß, Glasfaser, Schwarzschlamm etc.)
Ruß und feste Fremdstoffe
Als feste Fremdstoffe bezeichnet man die Summe aller der in gebrauchten Motorenölen
enthaltenen unlöslichen Bestandteile. Sie setzen sich im Wesentlichen zusammen aus
Rußpartikeln aus der Verbrennung, festen Alterungsprodukten des Motorenöls, metallischem
Abrieb und mit der Ansaugluft des Motors in das Öl gelangtem Staub (bestimmt als Silizium).
Weiterhin gehen Festschmierstoffe, wie Graphit und Molybdändisulfid, falls diese dem Motorenöl
zugegeben wurden, in die Menge der festen Fremdstoffe ein.
Ein erhöhter Fremdstoffgehalt des Motorenöls führt zu einer Eindickung des Motorenöls und zu
einer schnelleren Ölalterung. Der Gehalt an festen Fremdstoffen ist daher eines der
Hauptkriterien für den Ölwechsel bzw. die Festlegung der Ölwechselintervalle. Der Anstieg des
Fremdstoffgehalts im Motorenöl ist sowohl vom Motortyp als auch von den Betriebsbedingungen
abhängig. So ist der Fremdstoffgehalt in Diesel- (Vorkammermotoren) höher als bei
Direkteinspritzern und am niedrigsten bei Ottomotoren. Der Betrieb im oberen Lastbereich erhöht
den Fremdstoffgehalt durch Anstieg der Rußbildung bei der Verbrennung (Dieselmotoren) und
durch verstärkte Ölalterung. Dispergierende Additive des Motorenöls halten die Fremdstoffe in
Schwebe, verhindern, dass diese sich zu größeren Teilchen verbinden, im Ölkreislauf ausfallen
und zu Verstopfungen und Ablagerungen führen. Um Motorschäden durch Fremdstoffe zu
vermeiden, wird durch die Auswahl und Konzentration der Dispergentien angestrebt, die Größe
der Fremdstoffpartikel möglichst niedrig zu halten.
Gegebenenfalls kann eine tiefergehende Analyse der Fremdstoffe Aufschluss über deren
Zusammensetzung geben. Dies kann z. B. bei der Motoren– und auch Motorenölentwicklung
erforderlich sein. Eine wirksame Verminderung des Fremdstoffgehaltes während des
Motorbetriebs durch Ölfilterung ist weder mit Haupt– noch mit Nebenstromfiltern möglich, da die
Partikelgröße überwiegend unter derjenigen der Filterporenweite liegt.
Schwarzschlamm
Die Bildung von Schwarzschlamm in Ottomotoren stellte sich mit der Verbreitung von Motoren mit
stöchiometrischer bzw. magerer Verbrennung als neues Problem auch bei bis dahin ausreichend
additivierten Ölen ein. Ursache war der höhere Gehalt an Stickoxiden, die als Bestandteile der
Verbrennungsgase über die Kolbenringe in das Kurbelgehäuse gelangen und während der
Verweilzeit entweder in der Gasphase oder durch Reaktionen mit Motorenölkomponenten zu
Stickstoffdioxid umgeformt werden:
Das reaktive NO2 reagiert anschließend mit polaren Ölkomponenten zu organischen Nitraten, die
zu unerwünschten schwarzen schlammartigen Ablagerungen im Kurbelgehäuse und im Ventiltrieb
und zu einem vorzeitigen Zusammenbruch des Motorenöls führen können. Der Gehalt an
organischen Nitraten in Gebrauchtölen ist deshalb ein guter Indikator für dessen Zustand und
weitere Verwendungsfähigkeit. Er kann mit Hilfe der Infrarotspektroskopie entsprechend DIN
51454 ermittelt werden.
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Schwarzschlammsichere Öle können durch unpolare Grundöle, z. B. hoch ausraffinierte
Mineralöle oder synthetische Grundöle, aber auch durch besondere Additivierung oder durch die
Kombination beider Maßnahmen erreicht werden. Phenolische Antioxidantien und
Zinkdithiophosphate wirken z. B. als NO2- Fänger und sorgen damit für ausreichenden Schutz vor
der Bildung von organischen Nitraten und damit der Schwarzschlammbildung, solange diese
Wirkstoffe noch in ausreichender Konzentration im Öl vorhanden und nicht aufgebraucht sind.
Die Prüfung von Ölen hinsichtlich Schwarzschlammsicherheit kann bereits im Labor durch das
Simulieren einer Nitrierung bei gleichzeitiger Sauerstoffzugabe und im Beisein von reaktiven
Kraftstoffkomponenten erfolgen. Letztendlich geben die Prüfung im ACEA-Prüfmotor M111 und
Flottentests unter kritischen Bedingungen und verlängerten Ölwechselintervallen Aufschluss.
Glasfasereintrag
Aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, aus denen heutzutage die meisten Bauteile im
Motorenbereich bestehen, werden Glasfasern herausgelöst und mit dem Ölstrom mitgerissen.
Meist liegt die Ursache in mechanischem Verschleiß, hervorgerufen durch Verletzungen der
Bauteiloberflächen. Näheres hierzu steht im Kapitel 6.5
Glasfasern sind äußerst verschleißend.
Das Öl mit den hier aufgeführten Partikeln mutiert somit zu einer verschleißenden Lösung, welche
alle in ihr befindlichen Teile langsam abschleift.
Es ist also unbedingt zu verhindern, dass solch eine Lösung entstehen kann, und was weitaus
wichtiger ist: sie darf nicht zu lange im Motor verweilen.
Kritisch zu betrachten wäre noch die Versorgung des Motorraumes mit frischer Luft welche
während der Fahrt einströmt bzw. angesaugt wird.
Luftströmungen insbesondere in Motorräumen sind sehr komplex.
Trifft hier kalte Frischluft auf kritische Bereiche, kann es örtlich zu kühleren Stellen kommen.
Zum Beispiel im Bereich des Kettenkastens. Zwischen Motor und Luftfilter ist ein größerer Spalt.
Der Kettenkasten liegt fast bis zum Getriebe frei und ist ungeschützt gegen kühlere Luft.
76
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Bild 6.5_1 – durch Kühlluft gefährdeter Bereich beim VR6-Motor
Wenn hier durch Verwirbelung kalte Fahrtluft darauf trifft, bedeutet dies, dass der Kettenkasten
erstens stärker auskühlen kann und zweitens lokale kalte Stellen bekommen kann.
An diesen kalten Stellen kann sich auf der Innenseite vermehrt Blowby durch Kondensation
ausbilden. Auch können Ölnebeldämpfe anschlagen die feinste Russpartikel mitführen. Sie haften
auf dem Kettenkasten. Das Öl tropft langsam ab, feste Bestandteile sammeln sich. Im Laufe der
Zeit werden diese Ansammlungen größer.
Auch im Bereich nahe dem Öleinfüllstutzen. Hier spritzt das Öl durch die Kette immer hoch. Und
genau das ist der Bereich in dem sich dieser harte Ölschlamm sammelt.
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Bild 6.5_2 – abgelagerter Ölschlamm im Kettenkasten eines VR6 mit ca.60000 Kilometer, Longlifeöl
( Castrol SLX II + III) und Longlifewechsel-Intervall
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Bild 6.5_3 – Übersicht des Verschmutzungsgrades verschiedener Messpunkte und Bereiche
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6.6
Wassereintrag im Öl
Gebrauchte Motorenöle enthalten geringe Mengen Wasser, das insbesondere bei häufigem
Kurzstreckenbetrieb aus kondensiertem Abgas in das Öl gelangt. Übliche Wassergehalte liegen
im Bereich zwischen 0,1 und 1%. Bei Schäden an den Dichtelementen oder Korrosion von
nassen Zylinderlaufbuchsen können größere Wassermengen in das Öl eindringen.
Wasser ist ein unerwünschter Bestandteil im Motorenöl, weil dadurch Säurebildung, Korrosion
und die Ölalterung gefördert wird; bei höheren Konzentrationen werden natürlich auch die
Schmiereigenschaften beeinträchtigt. Durch die im Öl verwendeten Additive werden die
nachteiligen Auswirkungen geringer Wasserkonzentrationen neutralisiert.
Wasser im Öl kann mit unterschiedlichen Verfahren ermittelt werden. Einfache qualitative
Verfahren sind bei hohen Wassergehalten eine visuelle Beurteilung auf Emulsionsbildung, bei
niedrigen Konzentrationen die sog. Spratzprobe, bei der die Ölprobe im Reagenzglas erhitzt wird
und die Anwesenheit von Wasser durch knackende Geräusche erkennbar wird. Quantitative
Methoden sind ein Destillationsverfahren unter Zusatz von Xylol nach DIN ISO 3733, das
Titrationsverfahren mit Methanol nach Karl Fischer entsprechend DIN 51 777 und der wegen des
vergleichsweise geringen Aufwands und der guten Genauigkeit üblicherweise angewendete sog.
FINA–Test, der Kalziumhydrid als Reaktionsmittel verwendet.
6.7
Bei einem PKW mit Verbrennungskraftmaschine bilden sich die unterschiedlichsten
Resonanzschwingungen in verschiedenen Stärken aus. Immer unter dem Einfluss der
Motordrehzahl und den eingeleiteten Kräften des Fahrwerkes.
Dies kann unter ungünstigen Verhältnissen Probleme bereiten, gerade dann wenn einzelne
Baugruppen oder Anbauteile in Resonanz geraten. Diverse Abläufe können gestört werden,
sowie das akustische Verhalten einzelner Teile stark beeinflusst werden.
Das akustische Verhalten wird unter Punkt 5.4 erläutert. Hier findet man im 2.Teil auch Näheres
zu dem Schwingungsverhalten einzelner Teile des Kettentriebes.
Die Schwingungen der gelängten und geschwächten Kette sind mit verantwortlich für das
Schadensbild. Je stärker die Kette schwingt und Spiel hat, desto mehr bilden sich gefährliche,
schwellende Lasten. Werden sie zu stark können sie eine Kette zum Bruch führen.
80
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Den Beweis für solch einen Fall zeigt die REM-Analyse (Anlage 2.3_2) einer gebrochenen Kette
der Firma Sachs. In den Bildern erkennt man deutlich die Schwingstreifen im Gefüge.
Eine Ursache könnte auch der Einfluss einer defekten Öldruckpumpe sein. Ähnlich wie beim
Motorrad, schlägt eine zu stark gespannte Kette auf. Erst bei optimaler Kettenspannung ist dies
ausgeschlossen.
6.8
Fehlende seitliche Führungen der Laufschienen
Die Laufschienen des VR6-Kettentriebes verfügen allesamt über keine bzw. kaum ausreichende
seitliche Führungen. Zudem gibt es zu viel Spielraum, weil die Laufschienen zu kurz ausgeführt
sind.
Sie sind deshalb mit verantwortlich für das seitliche Verrutschen oder Aufschwingen der Kette in
besonderen Laststufen. Durch Resonanzen des Motors angeregt, können so Kette und Spanner
ein schwingendes System bilden. Ist die Kette gelängt und der Spanner defekt fällt die
Kettenspannung drastisch ab.
Der Verschleiß beider Komponenten wird erhöht. Die Gefahr, dass die Kette einen Zahn auf dem
Laufrad überspringt steigt deutlich an.
Abhilfe könnten bessere seitliche Führungen und Abstützungen leisten.
81
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Bild 6.8_1 – zu viel Spielraum
82
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83
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6.9
Anfällige Nockenwellenpositionsgeber
Diese Sensoren sind ab Werk schon einer starken Streuung ausgesetzt.
Je nach verwendetem Sensorpaar kann der wahre Nullpunkt stark variieren. Das bedeutet, es
gibt keinen 100%igen sicheren Wert für die Position.
Die Werkstätten tauschen teils mehrere über Kreuz um den Nullpunkt zu erreichen. Aus diesem
Grunde wird auch nicht immer ein Fehler generiert. Die Werkstatt findet in solch einem Fall keinen
Wert.
Laptop-abhängiges Werkstattpersonal welches nur der OBD vertraut, gibt dem Kunden zu
verstehen, dass der Motor in Ordnung ist. Trotz Geräuschen. Hier kann nur die manuelle
Sichtprüfung 100%ige Sicherheit geben.
Leider gibt es kaum Werkstatt-Personal was noch auf das gute Bauchgefühl hört und eine
Sichtprüfung durchführt. Wobei diese eigentlich vom Werk gefordert wird. Aber leider können
viele Werkstätten damit nichts anfangen und sind mit der Durchführung und Diagnose gnadenlos
überfordert und hilflos.
Mehr zu den Sensoren im Kapitel 3.9 .
Wie eine manuelle Sichtprüfung durchgeführt wird, beschreibt Kapitel 5.3
Bild 6.9_2 – Ausgebaute Nockenwellenpositionsgeber (Hallgeber)
84
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6.10 Korrosionsanfällige Kettenwerkstoffe
In der Bauteilkonstruktion muss man immer einen gewissen Grat gehen für die optimalen
Eigenschaften und Anpassung der Werkstoffe an die Anforderungen im System.
Im Fall der Steuerketten sind diese Anforderungen die Festigkeit, Härte, Lebensdauer, Verschleiß.
Austenitische Stähle welche gut korrosionsbeständig sind, erfüllen meist nicht die Anforderungen
an die Belastungen. Aus diesem Grunde wählt man für die Hauptbestandteile einer Kette in aller
Regel kohlenstoffreiche Stähle, welche sich sehr gut Härten und Vergüten lassen. Sie können
sehr hochfest produziert werden.
Leider besitzen sie in diesem Zustand eine große Anfälligkeit gegenüber Korrosion, insbesondere
der Wasserstoffversprödung. In fortgeschrittenem Maße lässt sie die Kette schlagartig versagen.
Meist durch einen Gewaltbruch. Erkennbar an seinem feinkörnigen Gefüge.
Die Wasserstoffversprödung wird im Punkt 6.11 behandelt.
6.11 Wasserstoffversprödung
In der Wasserstoffversprödung liegt neben den durch die Prägung geschwächten KettenVarianten, die zweite Ursache der Kettenbrüche begründet.
Im modernen Motorenbau werden sehr oft hochfeste und vergütete Stähle eingesetzt. Diese
bestehen aus Kohlenstoffstählen, da nur solche Stähle aufgrund des im Gefüge eingelagerten
Kohlenstoffes wärmebehandelt werden können. Erst der Kohlenstoff ermöglicht das Härten,
Vergüten, Spannungsarmglühen etc.
Leider haben diese Stähle die unangenehme Eigenschaft, atomaren Wasserstoff im Gefüge
anzulagern, und zwar entlang der Korngrenzen. Dort sammeln sie sich meist an Fehlstellen im
Gitter.
Werden diese empfindlichen Stähle noch oberflächenbehandelt können durch Beizvorgänge noch
mehr Wasserstoffatome in das Gitter gelangen.
85
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Der WEBU-Handel ( www.webu-handel.de ) beschreibt dies wie folgt:
Bekanntlich nehmen alle hochvergüteten Materialien begierig freien Wasserstoff
(chem. Zeichen "H") aus der Atmosphäre auf.
Dies führt zur Zerstörung des Molekularverbundes des Werkstoffes. Werden Kettenteile, die aus
vergütetem, durchgehärtetem Material hergestellt sind, freiem Wasserstoff (H) ausgesetzt, so
erfahren sie die sogenannte "Wasserstoffversprödung".
Freier Wasserstoff entsteht bei jeder galvanischen Behandlung (Elektrolyseprozess).
Grundsätzlich können alle Teile einer Kette wie Bolzen, Buchse, Rolle und Laschen aus
vergütetem Material hergestellt werden. Sie alle sind prinzipiell "wasserstoffgefährdet':
In der Praxis jedoch liegt die größte Gefährdung bei den Kettenlaschen. Diese besondere
Empfindlichkeit der Kettenlaschen beruht auf folgende Ursachen:
- Relativ geringe Wanddicke bei gleichzeitig großer Oberfläche. Dies ermöglicht intensives und
rasches Eindringen des freien Wasserstoffes.
- Kettenlaschen haben im montierten Zustand innerhalb der Kette eine hohe Eigenspannung
(Vorspannung) durch die Presssitzverbindung mit den Kettenbolzen bzw. Kettenbuchsen.
- Im praktischen Einsatz erfahren sie weitere hohe Zugspannungen durch die Übertragung der
eingeleiteten Zugkräfte.
Sprödbrüche bei Kettenlaschen, die durch den Einfluss von freiem Wasserstoff entstehen, treten
in der Regel nicht im Bereich der Laschenköpfe auf, sondern verlaufen längs und quer durch die
Kettenlasche in beliebiger Form. Sie treten aber nicht nur während des Betriebes durch die
erwähnten Spannungen auf, sondern auch schon im nicht montierten Zustand.
Um eine Wasserstoffversprödung zu vermeiden sind besondere Maßnahmen
- vor und nach dem galvanischen Prozess - erforderlich.
Die Vergütung der Kettenlaschen muss auf einen moderaten Wert zurückgenommen werden und
außerdem werden die behandelten Teile einem Warmbehandlungsverfahren unterworfen.
Galvanisch behandelte Ketten besitzen eine um ca. 15-20% niedrigere Bruchkraft.
Sie weisen jedoch im Rahmen ihrer zulässigen Belastbarkeit die gleiche Betriebssicherheit bzw.
Zuverlässigkeit auf.
Chemische Oberflächenbehandlung
Bei der chemischen Oberflächenbehandlung handelt es sich um ein Verfahren wie wir es vom
galvanischen Prozess her kennen. Die erforderliche Reduktion erfolgt hier jedoch durch
zugesetzte Reduktionsmittel wie Natrium-Boronat oder Natrium-Hypophoshit. Eine Gefährdung
durch freie Wasserstoffatome ist hier nicht gegeben. Üblicherweise wird dieses Verfahren
eingesetzt wenn die Oberflächen vernickelt werden sollen. Eine Reduzierung der Bruchkraft ist
hier nichtgegeben.
86
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Mechanische Oberflächenbeschichtung
Bei diesem Verfahren werden die chemisch
vorbehandelten Kettenteile in einer Trommel, die neben dem aufzuplattierenden
Korrosionsschutzmaterial noch Füllstoffe enthält, behandelt. Es erfolgt unter mechanischem
Druck eine Verbindung zwischen den Kettenteilen und dem aufzuplattierenden Material. Die
Beschichtung kann in jeder Schichtdicke erzeugt werden. Eine Bruchkraftreduzierung ist hier nicht
gegeben.
Zur Verdeutlichung hier zwei Bilder. Das erste zeigt ein Perlit-Gefüge wie es im Normalzustand
aussieht. Bild 2 zeigt die Einlagerung von einzelnen atomaren Wasserstoffteilchen (H+) und von
Wasserstoffteilchen die sich molekular gebunden haben ( H2).
Bild 6.11_1 - Grundgefüge
87
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Bild 6.11_2 - Grundgefüge mit eingelagerten H+ -Atomen und eingelagerten H-Molekülen
(Verbindung zweier H+ -Atomen)
Der molekulare Wasserstoff nimmt viel mehr Platz in Anspruch als der atomare Wasserstoff.
Aus diesem Grunde entstehen im innern des Gefüges extrem hohe Drücke. Teils können solche
Teile mit viel Wasserstoffeintrag „einfach so“ versagen.
Bei hochfesten Schrauben hat man das sehr oft. Plötzlich liegt eine Schraube mit abgesprengtem
Schraubenkopf im Kasten. Hier hat zuviel Wasserstoff den Kopf abgesprengt. Dies geschieht
ohne Fremdeinwirkung.
Es kann aber auch vorkommen,
geschwächtes Teil brechen lassen.
dass Spannungsspitzen ein mit Wasserstoffeintrag
Im Fall unserer Kette könnten das Spannungsspitzen durch heftige Gasstöße sein bei hoher
Drehzahl.
Oder plötzlich starkes Beschleunigen im kalten Betriebszustand. Die Möglichkeiten sind
weitreichend.
Weitere Literatur zur Wasserstoffversprödung findet sich in der Anlage 2.3_3 und in der
Anlage 2.3_4.
88
_______________________________________________________________________
6.12 Die Steuerketten der Revisionsstufen im Serieneinsatz
Bei dem Motortyp BDB wurde bei den Steuerketten dreimal in die Serienproduktion eingegriffen.
Folgende Änderungen sind bekannt:
März 2004
Juni 2004
Januar 2005
Erkennbar war der Wechsel von der Firma Sachs zur Firma Iwis. Desweiteren konnte man bei der
äußeren Erscheinung beider Ketten Unterschiede ausmachen. Die Sachs-Kette war dunkel.
Eventuell wurde sie oberflächenbehandelt. Die Iwis-Kette ist metallisch-blank. Auch sie kann
oberflächenbehandelt sein, was auf den ersten Augenblick aber nicht ersichtlich ist.
BILD 6.12_1 - Oben IWIS-Kette (hell) / unten Sachs-Kette (dunkel)
89
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Beim Audi A3 gibt es derzeit keinen bekannten Fall von Kettenbruch. Wohl aber sehr viele Ketten
die längten.
Beim Golf R32 sind die ersetzten Ketten teils wieder und genauso schnell bzw. schneller
als die erste Kette gerissen.
In diesem Fall waren es verbesserte Sachs-Ketten.
Ursache für die erste Serie an Rissen war der in die Kettenlasche geprägte Schriftzug „Sachs“ .
Siehe hierzu die REM - Analyse einer gerissenen Sachs-Kette mit Prägung in der
Anlage 2.3_2
Hätte die Firma Sachs nach ersten Reklamationen stärkere Ketten über die Härtung und
Vergütung in die Serie eingebracht, so wäre dies fatal. Denn je höherfester eine Kette ist,
desto anfälliger ist sie für die Wasserstoffversprödung, da höherfeste Stähle stärker WasserstoffAtome im Gefüge einlagern.
Da nur die Kette getauscht wurde, die Angriffsmechanismen (Blowby, Longlife - Öl,
Longlife -Intervall etc.) welche die Kette zerstören, aber nicht abgestellt wurden, war / ist eine
erneute Schädigung vorprogrammiert.
Über die jeweils immer neueren Ketten der Firma Iwis ist derzeit nichts über die Maßnahmen
bekannt. Man müsste hierzu von jeder Revision eine Kette untersuchen lassen.
Um Aufschluss zu erhalten sind folgende Werte nötig:
-
Härte
Werkstoff
Vergütung
REM - Untersuchung des Gefüge
Abmaße
90
_______________________________________________________________________
6.13 Werkstoff, Volumen, Anströmung und Geometrie des Motor
Die Menge an Blowby bzw. Kondenswasser mit dem das Blowby ja die saure Verbindung eingeht,
kann man wohl eher an der Form und Masse des Motor fest machen.
Kondenswasser und Blowby entstehen hauptsächlich bei kaltem Motor. Also sind Autos, die viel
Kurzstrecke und häufige Kaltstarts mitmachen müssen eher gefährdet.
Ein Alu Motor kann die Wärme nicht so gut speichern wie ein Grauguss Block. Daher kühlen die
Alu Blöcke auch schneller wieder aus. Kondenswasser entsteht an den kühlen Wänden und läuft
dann ins Öl.
Da die kleinen Motoren ja weniger Masse haben, kühlen die auch schneller aus und man hat
auch bei gleichen Standzeiten einen kühleren Motor wie beim VR6 und ist mit dem kleinen Motor
damit wieder näher an einem Kaltstart wie der VR6
Dadurch pfeift bauartbedingt schon mehr Blowby ins Kurbelwellengehäuse.
Hier nun ein Bericht zum Motorensterben bei den 1,4L-Motoren, da steht das meiste eigentlich
ganz gut drin:
Zitat
Das Leichtmetall, räumte VW-Sprecher Jens Bobsien vergangenen Freitag erstmals ein, ist nach jüngsten
Erkenntnissen wohl der Hauptgrund für die Eisbildung im Ölsumpf. Aluminium kühlt beim Abstellen des
Motors schneller aus als Grauguss. Im Gehäuse bildet sich deshalb leichter Kondenswasser. Es sammelt
sich in der Ölwanne und gefriert bei extremer Kälte.
Auch die Herkunft der Feuchtigkeit steht fest: Bei allen Kolbenmotoren dringen, vor allem während des
Kaltstarts, wasserhaltige Treibstoffgase ("Blow-by-Gase") an den Zylinderwänden entlang in das
Kurbelgehäuse und kondensieren dort. Wird der Motor betriebswarm, verdampft dieses Kondensat sofort
wieder und entweicht als Gas durch die Gehäuseentlüftung.
Wird das Auto jedoch nur auf sehr kurzen Strecken gefahren, wird der Motor nicht warm genug, und das
Kondenswasser kann ins Ölbad sickern - normalerweise nur in unproblematischen Mengen.
Aluminiummotoren jedoch sind in diesem Betriebszustand besonders empfindlich. Wegen ihrer unrunderen
Zylinderbohrungen produzieren sie mehr "Blowby-Gase" und kühlen schneller aus - was die Kondensation
begünstigt.
Bei kleinen Baugrößen ist der Effekt umso gefährlicher, weil schon geringe Kondensatmengen die
Schmierfähigkeit mindern.
Fast kein anderer Hersteller setzt Alu-Leichtmetallmotoren in kleinen Hubraumklassen ein, wo der
Gewichtsvorteil ohnehin nur gering ist. Zu den Ausnahmen zählt Peugeot. Die kleinen Alu-Motoren der
Franzosen haben jedoch keine Probleme mit Eisbildungen. Die Peugeot-Techniker führen dies unter
anderem auf eine gute Entlüftung zurück.
Bei VW lag genau an dieser Stelle offenbar der zentrale Schwachpunkt. Der Entlüftungsschlauch ist bei
dem Wolfsburger Modell so ungünstig gelegt, dass er zuweilen komplett zufror und überhaupt keine
Feuchtigkeit mehr entließ.
Quelle: http://www.f-tor.de/freestile/board_free/showthread.php?t=2649
91
Das Zusammenspiel aller Einflussgrößen
_______________________________________________________________________
Ein weiterer Punkt wäre die Anströmung des Motors mit Kühlluft, welche durch die werksseitigen
Einlässe in der Front während der Fahrt in den Motorraum geleitet werden.
Trifft dieser Luftstrom an eine kritische Stelle, so kann sich durch diese lokale Kühlung mehr
Kondensat bilden.
7.
Die bisherigen Punkte erläuterten allesamt verschiedene Einflussgrößen welche auf das
komplexe System „Steuerkettentrieb“ einwirken.
Dies alles zusammen zu fassen um ein Gesamtbild zu erhalten soll unter diesem Punkt
geschehen. Zur besseren Übersicht werden die wichtigsten Faktoren noch einmal kurz aufgeführt.
-
Longlife-Öl
Longlife-Intervall
Häufige Kurzstrecken
Blowby-Bildung
Ölnebelabscheidung
Partikeleintrag (Ruß, Glasfaser, Ölkohle) in das Öl
Wassereintrag in das Öl
Ölschlammbildung
Vorzeitige Auskühlung des Motor durch Leichtmetalle
Wasserstoffversprödung
Prägung der Kettenlasche mit Herstellernamen
Erhöhter Öldruck durch defekte Ölpumpen
Laufschienen ohne genügende seitliche Führung
Korrosionsanfällige Kettenwerkstoffe
Technologie MPI oder FSI mit oder ohne Turboaufladung
ungünstige Abkühlung und Fahrtwindeinleitung in Motorraum
Longlife-Öl verbrennt/verdampft aufgrund seiner Eigenschaften teils im oberen Bereich der
Zylinderwand. Die dadurch entstandenen sehr feinen Rußpartikel gelangen so mit den übrigen
Blowby-Gasen in den Motor und somit auch in das Öl.
Bleibt das Öl 30.000 Kilometer oder 2 Jahre so im Motor, kommt immer mehr Ruß dazu. Es bildet
sich Ölkohle und Ölschlamm aus. Dadurch dass die Kette von unten geschmiert wird und auch
über die Zwischenwelle Öl bekommt, nimmt sie durch ihren Rundlauf Öl an den Kettenteilen mit
nach oben, dort spritzt es durch die hohe Umdrehungsgeschwindigkeit und den Fliehkräften von
der Kette und landet an der Innenseite des Kettenkastens.
92
_______________________________________________________________________
Dies ist ein recht kühler Bereich des Motors. Zum einen weil der Raum nicht direkt an den heißen
Zylindern liegt und ein Hohlraum bildet. Zum anderen weil der Kettenkasten ein Aluminiumteil mit
geringer Wandstärke ist. Hier kühlt das Teil stark aus. Während der Fahrt kann durch ungünstige
Anströmung kalter Fahrtwind in den Motorraum gelangen, genau in den Spalt zwischen Motor und
Luftfiltergehäuse und dort direkt auf die Außenwand des Kettenkastens treffen. Er wird dadurch
gekühlt.
Der Ölnebel schlägt sich somit an der Wand nieder, tropft durch die Abkühlung langsam die Wand
runter, und scheidet langsam die Russteile ab.
Sie haften an der Innenwand des Kettenkastens. Mit der Zeit lagern sich immer mehr Partikel an
den bereits vorhandenen an. Es kommt zu dicken Ablagerungen und Ansammlungen. Ähnlich bei
Tropfsteinen.
Nur so lassen sich Bilder wie das nachfolgende erklären.
Es zeigt einen Blick durch den Öleinfüllstutzen auf die Wand des Kettenkastens. Deutlich zu
sehen der dicke Ölschlamm. Das folgende Bild zeigt die verschlammte Innenseite des
Kettenkastens
Bild 7_1 – verschlammte Innenseite des Kettenkastens (rechts neben Nockenwellenversteller)
93
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Restliche Verbrennungsgase aus der Kaltstartphase kondensieren zur sogenannten wässrigen
Blowby-Flüssigkeit welche sich im Öl sammelt. Der PH-Wert von Blowby wird von Instituten mit
PH1 angegeben, also extrem sauer. Zusätzlich wird das Öl mit Wassereintrag geschädigt. Es
kommt zu Schmierfilmabrissen an gewissen Bereichen des Motors, die später noch genauer
erläutert werden. Dort tragen sie zum Verschleiß bei.
Im Bereich des Öldeckels befindet sich unter einer Erhöhung der Zylinderkopfhaube der
sogenannte Ölnebelabscheider. Seine Funktion wurde schon unter Punkt 3.8 erklärt.
Ist er nicht effizient genug, und fehlt eine ausreichend dimensionierte Entlüftung, kann es leicht zu
einer ungünstig großen Ansammlung von Blowby im Motor kommen. Er wäre im Laufe der
Longlifezeit einer immer höheren Konzentration dieser schädlichen Substanz ausgesetzt. Würden
gewisse Bereiche des Motors ungünstig von einströmender Fahrtluft getroffen, könnten auch hier
größere Mengen an Blowby entstehen.
Vom Gehäuse des Ölnebelabscheiders führt ein Wellrohrschlauch zu einer Öffnung in der
Saugbrücke. Die Einmündung wird elektrisch beheizt. Siehe Anlage 5.4_1.
Vom Öl getrennte Blowbygase werden hier wieder der Verbrennung über den Ansaugtrakt
zugeführt. Gelangt an dieser Stelle wässriges Blowby mit Ölresten, durch den in der
Ansaugbrücke herrschenden Unterdruck in den Bereich der Einlassventile, können hier Schäden
durch Verkokung und Korrosion entstehen.
Wobei FSI-Motoren noch weitaus gefährdeter wären als unser VR6 MPI – Motor. Dies könnte
eigentlich nur passieren wenn der Ölnebelabscheider nicht richtig funktionieren würde.
Gelangt Blowby in den Bereich des Zylinderkopfes mit der Nockenwellenlagerung, könnten hier
Lagerschäden entstehen, verursacht durch Wasserstoffeintrag in die Lagerwerkstoffe, die meist
Kupferlegierungen enthalten.
Kupfer ist wie vergüteter Stahl sehr anfällig gegenüber Wasserstoffeintrag und entwickelt eine
große Affinität zum atomaren Wasserstoff.
Siehe Anlage 2.3_3 und Anlage 2.3_4.
Auch hochfeste und vergütete Werkstoffe wie die Steuerketten sind anfällig gegenüber
Wasserstoffeintrag. Dadurch dass die Kette ständig im Öl eingetaucht ist, und vom
Ölnebelabscheider Blowby-Öl-Gemisch auf die Kette tropfen kann, wird sie ständig in einer
wasserstoffhaltigen Umgebung betrieben. Sie reichert sich mit diesem Stoff an, und kann
bruchgefährdet werden, wenn der Wasserstoff nicht ständig durch Langstrecken aus dem Gefüge
gespült wird.
Bei den ersten Modellen von 2003 bis 2004 sind die Steuerketten der Firma Sachs höchst
bruchgefährdet. Die Herstellerfirma prägte in die Kettenlaschen den Firmennamen ein.
Bei sehr vielen Golf 4 R32 rissen die Steuerketten aufgrund dieser Schwachstelle ab Werk. Unter
schwellender Belastung wie sie bei Kettentrieben vorherrscht, können sich Risse von der Kante
der Prägung ins innere Gefüge ausweiten und den Bruch auslösen. Anlage 2.3_2
94
_______________________________________________________________________
Zusätzlich zur schwellenden Belastung kommen Betriebsschwingungen des Motors und
Fahrzeuges. Sie können gewisse Teile in Resonanz versetzen, wodurch diese sich ungünstig auf
das Gesamtsystem auswirken können. Sind dann noch die Laufschienen ungenügend gegen das
seitliche Verrutschen der Kette ausgeführt, können kritische Betriebszustände unter Last auftreten.
Die Kette würde seitlich verrutschen oder könnte schlagen.
Der durch Longlifeöl im Longlifeintervall erzeugte Ruß und Ölschlamm kann die Öldruckpumpe
soweit schädigen, dass der Bolzen nicht mehr ordnungsgemäß funktionieren kann. Die Pumpe
erzeugt daher zuviel Druck.
Dieser wirkt auf beide Kettenspanner, die nun mit erhöhter Kraft die Kette beaufschlagen. Sie
gräbt sich in das Material der Kettenlaufschienen ein und löst abrasiv-gefährliche Glasfaserteile
aus, die nun im Ölstrom mit fließen. Siehe Punkt 6.5
Zudem kann sich ein Effekt ausbilden, der bei Motorrädern oft vorkommt. Zu stark gespannte
Ketten neigen zum Aufschlagen.
Ölschlamm wird dadurch mit verursacht, dass sich durch den hohen Blowby-Anteil im Öl die
Additive vorzeitig aufbrauchen und somit die Partikel nicht mehr in der Schwebe gehalten werden.
Schlammbildung ist die Folge, siehe auch Punkt 4.3.
Soweit kurz eine Wiederholung zu den Einflussgrößen und ihrem Wirken im Einzelnen.
Interessanter ist das gemeinsame Verhalten aller Einflüsse im System.
Die im Öl befindlichen Partikel wie Ölkohle, Ruß und Glasfasern verschleißen langsam die Teile
der Kette. Sie werden an allen Teilen dadurch etwas dünner und die Kette instabiler.
Durch Blowby und die damit verminderten Additivanteile im Öl entstandene Ölkohle, Ruß und
Ölschlamm schädigen den Bolzen in der Öldruckpumpe, welche nun mehr Druck erzeugt und
diesen auf die hydraulischen Kettenspanner weitergibt.
Diese drücken mit maximaler Kraft auf die bereits durch abrasiven Verschleiß geschwächte Kette.
Sie längt dadurch zusätzlich, wird also in der Gesamtlänge weiter und verformt sich auch seitlich
stärker.
Werden nun durch bestimmte Fahr- und Betriebszustände entstandene Schwingungen auf den
Motor und seine Teile weitergeleitet, so können diverse empfindliche Teile des Kettentriebes in
Resonanz geraten. Auch hier wäre erhöhter Verschleiß die Folge.
Die gelängte Kette kann auf den Laufschienen welche ungenügende Führungen besitzen, seitlich
Verrutschen oder teils Aufschlagen. Durch diesen nicht mehr optimalen geraden Lauf können die
Schienen und Kettenräder geschädigt werden. Laufgeräusche entstehen, die der Fahrer als
Kratzen, Klackern und Schaben wahrnehmen kann. Es kommt durch Verschleiß zu erhöhtem
Glasfaser- und Metallspaneintrag.
95
Die fachgerechte Reparatur
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Das Blowby verwässert und übersäuert das Öl, es kommt zum Schmierfilmabriss mit lokal
erhöhtem Verschleiß.
Im Winter mit lange anhaltendem Frost kann es zur Eisbildung kommen mit schwerwiegenden
Folgen für den Motor. Ein kapitaler Motorschaden ist möglich.
Durch die gelängte Kette verstellen sich die Steuerzeiten derart, dass unrunder Motorlauf,
Leistungsverlust, sowie erhöhter Spritverbrauch folgen.
Die durch Wasserstoffeintrag geschädigte Kette kann bei plötzlich auftretenden Lastspitzen
reißen. Dies könnte ein Lastwechsel bei hoher Drehzahl oder ein Motorstart an einem kalten
Morgen sein.
Bei den Sachs- Ketten mit Prägung kann die schwellende Betriebslast zu Brüchen führen.
8.
Eine fachgerechte Reparatur hängt in erster Linie an einer guten Werkstatt.
Ist eine Werkstatt nicht in der Lage, den Defekt zu diagnostizieren, bringt es in aller Regel nichts,
wenn man sich eine Reparatur erstreitet und dort in dieser Werkstatt durchführen lässt.
Wer nicht in der Lage ist den Fehler zu erkennen, wird gewiss nicht in der Lage sein, fachgerecht
zu reparieren.
Gutes Werkstattpersonal erkennt schon am Klang, das etwas nicht stimmt. Einige wenige
Fachkräfte können sogar aufgrund der Geräusche direkt die Kettenlängung erkennen.
Man sollte die Fehlerspeicher und die Messwertblöcke 208 + 209 auslesen lassen.
Mehr dazu unter den Punkten 5.1 bis Punkt 5.2 :
Zusätzlich zu den Fehlerspeichereinträgen MUß eine manuelle Sichtprüfung durchgeführt werden.
Nur durch sie kann man erkennen, ob und wie weit die Kette gelängt ist.
Die Vorgehensweise beschreibt Punkt 5.3.
Wichtig zur Dokumentation. Man sollte bei der Sichtprüfung mit vor Ort sein und Bilder von beiden
Sichtfenstern machen, um die Lage der Steuernocken festzuhalten.
Nun sollte in aller Regel bei einem positiven Befund erst einmal geklärt werden, wer für die
Reparaturkosten, die gut und gerne 3500.- Euro und mehr betragen können, aufkommen muß.
Gut gestellt sind Personen die noch eine Werksgarantie oder Neuwagenanschlußgarantie
besitzen. Letztere zahlt bis 5 Jahre und 100000 Kilometer in aller Regel 100%.
Wer eine Gebrauchtwagen-Garantie oder Händlergarantie besitzt ist leider etwas schlechter
gestellt. Hier werden meist keine 100% erstattet.
96
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Wer weder Garantie noch Versicherung besitzt, ist auf Kulanz durch den Konzern angewiesen.
Der Kulanzantrag wird meist durch den Händler gestellt. Es ist zu empfehlen, selbst noch einmal
die Kundenbetreuung zu kontaktieren, da die Erfahrung gezeigt hatte, dass es große
Unterschiede der Kulanzregelung gibt. Viele Händler geben sich auch nicht richtig Mühe. Dies
zeigen Fälle in denen A3 Fahrer das Autohaus wechselten und trotz gleichem Fahrzeug und
Defekt beim neuen Händler bessere Kulanz gereicht bekamen.
Sind die Details zur Kostenübernahme geklärt, geht es darum den Wagen optimal instand setzen
zu lassen.
Einige Händler geben Reparaturtage von 2 bis 2,5 an. Sie reparieren ohne Komplettausbau des
Motors. Dies ist durchaus machbar. Aber nicht zu empfehlen. Denn präzise arbeiten kann unter
diesen Umständen kaum ein Arbeiter.
Es ist besser den Motor komplett aus dem Fahrzeug zu nehmen um ihn dann zu reparieren.
In diesem Falle dauert es meist 4-5 Tage.
Viele Händler möchten nur die obere Kette tauschen, oder nur beide Ketten ohne
Nockenwellenversteller. Es gibt auch Fälle bei denen keine neuen Spanner und Schienen verbaut
wurden. So etwas macht keinen Sinn. Die meisten betroffenen Fahrzeuge sind die Baujahre 2003
bis 2005 mit altem Baustand der Nockenwellenversteller. In den internen Reparaturanweisungen
des Werk an die Werkstätten, werden die Händler aufgefordert die verbauten Teile aufgrund ihrer
Teilenummer zu identifizieren, um sie gegebenenfalls gegen neuere zu tauschen. Diese
Teilenummern stehen unter Punkt 3.6
Werden keine neueren Nockenwellenversteller eingebaut, kommt es in fast 99% aller Fälle kurze
Zeit später zu Motorruckeln und unrundem Lauf.
Also unbedingt darauf achten, dass alle Teile getauscht werden. Dies wäre zum jetzigen Stand:
-
Obere Rollenkette
Untere Rollenkette
Beide Nockenwellenversteller
Beide Kettenspanner
Alle Laufschienen
Weitere wichtige Punkte, die nicht unter die Reparaturvorgabe fallen, aber sinnvoll sind, da der
Motor eh zerlegt ist:
-
Überprüfung des Zweimassenschwungrades auf Beschädigungen oder
Überhitzungsspuren
Überprüfung der Kupplung (bei Handschaltgetrieben)
Die Kettenräder auf der Zwischenwelle
Diese Teile wären selbst zu zahlen. Zumindest bei einer Laufleistung um die 80-100000 Kilometer
macht ein Tausch der Kupplung Sinn. Materialpreis ca. 400.- Euro
Die Arbeitszeit entfällt hierbei wie beim Zweimassenschwungrad, welches ca. 500.- Euro kostet.
Mit dem Einbau neuer Kettenräder verhindert man vorzeitigen Verschleiß der Kette.
97
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Ein Kettentrieb kann nur dann optimal laufen, wenn das Kettenrad und die Kette unbeschädigt
sind. So können sich beide „Partner“ gemeinsam „einlaufen“ .
Sinnvolle Zusatzarbeiten:
Es ist wichtig alle Anbauteile auf Ölschlamm und Verkokungen hin zu untersuchen. Insbesondere
die Teile des Kettenkastens. Hier sollte der Werkstatt der Auftrag gegeben werden, diese Teile
von Hand zu säubern, bis alles metallisch blank ist. Man verhindert so die Einschwemmung ins
System. Ein späteres Ausbauen ist nicht mehr kostengünstig zu vollziehen. Nur der obere
Kettenkasten könnte im eingebauten Zustand getauscht werden. Allerdings fallen hier
Arbeitsskosten von ca. 700.- Euro an.
Die Reinigungsarbeiten sollte man sich von der Werkstatt mittels Fotos vorher/nachher
dokumentieren lassen.
Stellt man bei der Diagnose schon fest, dass im Bereich des Öleinfüllstutzens innen starke
Schlick und Schlammspuren zu sehen sind, lohnt es gleich eine Motorspülung mit dem alten Öl
unter Verwendung von Liqui Moly Motorclean durchführen zu lassen. Somit reinigt man den Motor
innen.
Danach sollte man gutes Öl wie zum Beispiel Mobil 1 0W40 einfüllen lassen.
Das Longlife-Intervall sollte auf Festintervall umgestellt werden. Und spätestens nach
10.000 – 15.000 Kilometer oder 1 Jahr, welches von beiden zuerst eintrifft, sollten die weiteren
Ölwechsel durchgeführt werden.
Ist alles ordnungsgemäß repariert, sollte man die Werkstatt bitten die Messwertblöcke 208 + 209
auszulesen. Diese jetzt ermittelten Werte sind die „wahren“ Nullpunkte der
Nockenwellenpositionssensoren. Nur so hat man später einen Anhaltspunkt wie die Kette längt.
Zur Sicherheit würde ich alle 3 Monate diese Werte auslesen lassen.
Bilder einer Reparatur sind in Anlage 7_1 einzusehen.
98
Zitat SWR
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8.1
Werkstätten und Steuerkettenschäden
Das SWR Automagazin Rasthaus berichtete in einer Sendung vom 4.10.2008 über Fahrer mit
Audi A3 3.2 quattro Fahrzeugen und ihren Erfahrungen mit Werkstätten und der
Kulanzabwicklung.
9.
Zitat SWR
Defekte Steuerkette:
Autokäufer auf Werkstatt-Odyssee
Eine Steuerkette sollte eigentlich das ganze Autoleben lang halten. Wenn nicht, wird es der
Hersteller schon richten - dachte ein Rasthaus-Zuschauer. Da wusste er noch nicht, dass ihm
jede Menge Ärger bevorsteht.
Vor einem halben Jahr hat sich Martin Hertweck seinen Traumwagen gekauft. Der gebrauchte
Audi A3 Quattro war ihm knapp 20.000 Euro wert – nicht wenig für ein Durchschnittsgehalt. Nach
nur zwei Wochen klapperte der Motor. Die Leistung ließ nach, der Verbrauch nahm zu. Besorgt
informierte sich Hertweck im Internet. Alles deutete auf einen Defekt an der Steuerkette hin. Die
treibt die Ventile an. Hertweck fragte bei seiner Audi-Werkstatt nach. Die war ratlos, in der
internen Produktinformation stand darüber nichts.
Die Steuerkette hält normalerweise ein ganzes Autoleben lang. Also alles nur Einbildung? Mit
TÜV-Experte Eberhard Lang machen wir den Hörtest an Hertwecks Audi. Immer wieder kleine
Klackgeräusche, so darf ein V6-Motor nicht klingen. Sollte das wirklich die Steuerkette sein, muss
Hertweck aktiv werden. Wenn am Ventiltrieb ein Schaden eintritt und letztlich sogar die
Steuerkette reißt, kann es zu einem größeren Motorschaden mit hohen Reparaturkosten
kommen. Für Hertweck ein klarer Fall. Audi soll es richten. Noch ahnt er nicht, was ihm vielleicht
bevorsteht. Ein anderer Audi-Fahrer weiß es schon: Michael zog mit seinem klappernden Motor
von einem Audi-Fachbetrieb zum nächsten und musste sich anhören: Kein Defekt, sondern
"Stand der Technik". So verstrichen zehn Monate, bis endlich die Wahrheit ans Licht kam:
Tatsächlich ein Defekt der Steuerkette. Audi entschuldigte sich, spricht von einem “bedauerlichen
Einzelfall”. Doch Opfer von Audi-Steuerkette gibt es genug, der Hersteller kennt das Problem:
Uns liegen Dokumente vor, die belegen, dass Audi deswegen mehrfach in die Produktion
eingegriffen hat. Betroffen ist der VR6-Motor, verbaut unter anderem im A3, TT und auch im Golf.
Ein Interview lehnt Audi ab. Schriftlich teilt man uns mit: "Bei Fahrzeugen vor Mitte 2004 sind uns
einige wenige Fälle von Reklamationen (...) bekannt geworden." Doch inzwischen sei das
Problem gelöst.
Doch verärgerte Kunden, die einen A3 aus den Jahren 2003 und 2004 fahren, haben davon
nichts. Manche haben ähnliche Erfahrungen mit den Werkstätten gemacht wie Michael.
Fachkompetenz sieht anders aus. Dazu schreibt uns Audi: "Die Information" der Autohäuser "ist
wohl erst seit Mai 2008 wirklich deutlich erfolgt."
99
Zitat SWR
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Erst Jahre nach dem Produktionsfehler also erfahren die Werkstätten davon. Die Kunden baden
es aus. Sie müssen jetzt auf Kulanz von Audi hoffen. Darauf verlassen kann sich aber niemand.
Deshalb hat Martin Hertweck eine Gebrauchtwagen-Garantie abgeschlossen. Die zahlt natürlich
nur dann, wenn ein Schaden vorliegt. Das aber ist Ansichtsache, so lange nur der Motor klappert,
ist das ein Sachmangel, aber kein Schaden. Der würde erst eintreten, wenn etwa die Kette reißt,
die Spanner beschädigt sind oder im schlimmsten Fall der Motor komplett den Geist aufgibt. Die
Versicherung ist nicht gezwungen ist, Sachmängel zu tragen, Hertweck könnte also auf den
Kosten komplett sitzen bleiben. Und das für einen Fehler ab Werk, für den der Kunde nichts kann.
Kein Wunder, dass auch mancher Audi-Fan seinen A3 schnell loswerden will, bevor es brenzlig
wird.
Quelle: http://www.swr.de/startklar/
Video: http://www.youtube.com/watch?v=8KvDz2TGJv0
Redakteur: Herr Thomas Kurella, c/o Vorbild, www.vorbild.tv
Der obige Bericht spiegelt leider die Wirklichkeit wieder, wie sie derzeit viele Kunden
erfahren, deren Auto einen Defekt am Kettentrieb aufweist.
Viele Werkstätten sind überfordert mit einer Diagnose. Wenn dann die Reparatur erfolgt, sind
wiederum viele nicht in der Lage fachgerecht nach Anleitung zu reparieren.
Teils werden nur 1 Kette oder 2 Ketten ersetzt. Spanner, Laufschienen
Nockenwellenversteller gar nicht. Auch sind die Kulanzregelungen total undurchsichtig.
und
Fahrer fast identischer Fahrzeuge betreffend Alter und Fahrleistung, bekommen total
unterschiedliche prozentuale Beteiligungen.
Anmerkung:
Seit März 2009 läuft das ehemalige TV Magazin Rasthaus unter dem Namen „Startklar“ im TV.
100
Vermeidung von Schäden
_______________________________________________________________________
10.
Bisher wurde ja nur der derzeitige Stand der Technik aufgeführt, welche Einflussgrößen die
Schädigungen hervorrufen und wie der Schadensfall verläuft.
Aufgrund dieser Informationen kann man nach dem derzeitigen Stand der Dinge gewisse
Maßnahmen ergreifen um eine Schädigung zu verhindern, oder eine bereits schwache abmildern.
Es muss unbedingt verhindert werden, dass durch Partikeleintrag das Öl so verschmutzt wird,
dass es die Kette verschleißen lässt und somit eine Kettenlängung hervorruft. Auch darf es zu
keiner übergroßen Bildung von Blowby kommen, welches das Öl übersäuert und hochfeste und
vergütete Bauteile sowie Elemente auf Kupferbasis korrosiv angreift.
Ohne bauliche Eingriffe bleiben dem normalen Fahrer nicht sehr viele Möglichkeiten.
Aber sie sind effektiv genug, um Schäden verhindern zu können.
-
kein Öl im Longlife-Wechselintervall betreiben
kein Öl nach Longlife-Spezifikation verwenden
keine Kaltstarts und Kurzstrecken unter 20km
Das Öl darf kein Longlifeöl sein (Erklärung siehe Punkt 6.1). Viele Fahrer benutzen sehr
zufrieden das Mobil 1 0W40. Es gibt aber weitere sehr gute Öle (siehe Anlage 8_1) die zu
empfehlen sind.
Man sollte das Öl nicht zu lange im Motor belassen und das Serviceintervall von Longlife- auf
Festintervall umstellen lassen. Es bewährte sich, die Intervalle von früheren Modellen zu
gebrauchen. Maximal 10000 bis 15000 Kilometer oder 1 Jahr, je nachdem was zuerst eintritt.
So bleiben im Öl gelöste Feststoffeinträge und Blowby nicht all zu lange im Ölkreislauf.
Um gar nicht erst übermäßige Partikel und Blowby zu produzieren, sollte man bewusster fahren.
Kaltstarts und Kurzstreckenfahrten sind zu vermeiden wo und wann es nur geht.
Messungen nach, benötigt der VR6-Motor aufgrund seiner Masse und großen
Flüssigkeitsvolumen bis zu 20 Kilometer um auf Betriebstemperatur zu kommen. Die reine auf
90°C geschönte Kühlwassertemperatur ist kein Anhaltspunkt für die Öltemperatur, und schon gar
nicht erst für die Betriebstemperatur des gesamten Motors.
Aus diesem Grunde sollte man öfters Langstrecken fahren und auch mal den Wagen auf der
Autobahn gut frei fahren. Nur so kann das im Sumpf befindliche Wasser ausdampfen.
Aber: Nicht gleich kurz nach der Autobahnauffahrt Vollgas geben. Der Motor muss erst gut warm
sein, sonst würde es übermäßigen Verschleiß geben. Ursache hierfür ist der zeitweise
Schmierfilmabriss. Dort wo sich Wasser befindet, kann keine Schmierung erfolgen. Werkstoff reibt
auf Werkstoff. Deshalb behutsam die Last steigern.
101
_______________________________________________________________________
Hat man den Wagen neu oder gebraucht erworben, sollte man regelmäßig gewisse Punkte
überprüfen, so dass man immer informiert ist wie der derzeitige Stand ist.
Es reicht eigentlich, monatlich den Öldeckel abzuschrauben und in den Öleinfüllstutzen zu
schauen. Bildet sich hier schwarzer Schlamm oder Ruß, dann stimmt etwas nicht, und man sollte
schleunigst reagieren. Ebenso bei scharfem Geruch nach Benzin/Lösemittel aus dem
Öleinfüllstutzen. Dies ist ein Indiz für zuviel Kraftstoff und Blowby im Öl, wie es bei
Kurzstreckenfahrten entsteht.
Auch kann man die Messwertblöcke 208 + 209 beim Kauf auslesen lassen, um einen ungefähren
„Nullpunkt“ zu haben. Nur dadurch kann man Veränderungen erkennen.
Zirka alle 3 Monate könnte man die Messwertblöcke auslesen lassen. Das Wegdriften ist so sehr
frühzeitig zu erkennen und man kann einer Kettenlängung gezielt entgegenwirken.
Auf jeden Fall sollte man immer die Geräuschprobe durchführen. Beispiele von unbeschädigten,
defekten und reparierten Motoren sind als Video auf der DVD zu finden, oder in der
Geräuschdatenbank im Forum unter www.A3quattro-Forum.de .
Weitere Maßnahmen die sinnvoll, aber nicht unbedingt nötig sind, werden unter dem
Punkt 10.1 erörtert. Dies betrifft eher Selberschrauber, oder Leute die Werkstattpersonal kennen,
welche diese Umbaumaßnahmen durchführen können.
102
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10.1 Workshop zur besseren Überwachung / Abhilfe
Es gibt 2 wichtige Faktoren bei diesem Thema. Der Öldruck und die Blowby-Abführrate.
Beides wichtige Instrumente zum Erkennen und vermeiden von Defekten.
Wie im Punkt 5.6 schon aufgeführt spielt die Schädigung der Öldruckpumpe und daraus folgend
erhöhter Öldruck im System eine nicht ganz untergeordnete Rolle.
Leider gibt es im derzeitigen Audi A3 keinerlei Möglichkeiten den Öldruck auszulesen. Sei es über
die Anzeige im FIS oder über OBD. Es sind keine Öldrucksensoren verbaut auf dessen Werte
man zurückgreifen könnte. Ein überdurchschnittlich hoher Druck wäre so, rasch erkannt. Man
könnte geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen.
Den Öldruck manuell zu messen ist sehr schwer, da ein geeigneter Anschluss sehr versteckt am
Motor sitzt. Audi gibt diesen Punkt an, doch leider muss dazu der Klimakompressor abgebaut
werden. Es ist Zeit- und kostenintensiv und man hätte immer nur einen momentanen Wert. Eine
kontinuierliche Überwachung ist so nicht machbar.
Aus diesem Grunde könnte man den Blindstopfen über dem Ölfiltergehäuse benutzen. Hier
könnte man einen Öldrucksensor einschrauben, ein Kabel nach oben in den Sicherungskasten
legen und mit einem Stecker versehen. Nun braucht man nur noch eine entsprechende
Druckanzeige mit einem Gegenstecker anzuklemmen, und man kann ständig den aktuellen Druck
kontrollieren, bzw. mitloggen.
Bild 10.1_1 – Lage der Anschlüsse (Im Bild blau markiert, der
Zugang den Audi vorgibt. Rot der alternative Zugang für den Öldrucksensor.)
103
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Bild 10.1_2 – Lage des alternativen Anschluss
Bild 10.1_3 – MFA XP im Golf R32
104
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Optimal wäre eine Anbindung an den CANBUS wie es beim Golf R32 möglich ist
mittels MFA XP.
Leider funktioniert das bei der Audi A3 CANBUS Variante nicht.
Im Forum ist dieser Punkt hier nachzulesen.
http://www.a3quattro.de/include.php?path=forum/showthread.php&threadid=5420
Eine weitere Möglichkeit zur Eindämmung der Schäden wäre, durch bauliche Maßnahmen soviel
Blowby wie möglich nach Außen hin auszuscheiden bzw. gezielt zu sammeln um es dann zu
entsorgen.
Man könnte externe und effizientere Ölabscheider verbauen und mittels Bypass an den
Serien-Abscheider anschließen.
Je weniger Blowby im System, desto besser für alles.
Im Forum werden Umbaumaßnahmen in folgendem Thread behandelt.
http://www.a3quattro.de/include.php?path=forum/showthread.php&threadid=5484
Bild 10.1_4 - Ölansammlung im Stutzenbereich des Ölnebelabscheiders
105
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Bild: 10.1_5 – Ölansammlung im Anschlussbereich des Schlauches vom Ölnebelabscheider zur Saugbrücke
106
Zusammenfassung und Diskussion der
Ergebnisse
_______________________________________________________________________
11.
Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse
Von allen uns bekannten Schäden mit Steuerkettenlängung und Brüchen der Steuerkette gaben
die Fahrer an, ihren PKW im Longlifewechselintervall mit Öl nach der Longlife-Spezifikation zu
betreiben, wie es der Hersteller ab Werk vorgibt.
Im Detail bedeutet dies, dass die PKW erst bei Erreichen von ca.30000 Kilometern bzw.
2 Jahren Betrieb, je nachdem was zuerst eintritt, zum Service in die Werkstatt fahren.
Das verwendete Öl war Öl nach Longlife II bzw. Longlife III –Norm.
Fahrer ohne Schäden fahren überwiegend sehr lange Strecken, bzw. wenige Gesamtkilometer,
diese aber auch wieder vermehrt im Langstreckenprofil unter Verwendung des FestölwechselIntervalles. Im Schnitt hatten sie alle 10-15000 Kilometer einen Ölwechsel.
Die Folgen und Ursachen des Longlifebetriebes wurden in den vorigen Punkten genau erläutert
und die Zusammenhänge geschildert.
Abschließend nun eine kurze Zusammenfassung.
Ursache:
Longlifeöl bildet im Longlifeintervall bei überwiegend häufigen Kaltstarts und Kurzstreckenbetrieb
übermäßig viel Partikeleintrag in den Ölkreislauf.
Zudem erzeugen häufige Kurzstreckenfahrten übermäßig viel Blowby welches sich
ins Öl mischt.
Dieses wässrige und PH-1-saure Blowby trägt zur Versprödung der Kettenlaschen durch
Wasserstoffeintrag in das Metallgefüge bei.
Die Kette wird korrosiv geschädigt und geschwächt. Zusätzlich lassen im Öl befindliche
Partikeleinträge wie Ruß, Ölkohle, Glasfasern die Kettenteile verschleißen. Sie längt sich und
bekommt auch seitlich mehr Spiel. Durch vom Fahrzustand abhängig eingeleitete Schwingungen
und Vibrationen sowie bestimmten Motordrehzahlen wird die Kette mit angeregt. Sie verrutscht
auf den Laufschienen welche nur eine ungenügende bzw. keine seitliche Führung besitzen. Teils
kann die Kette aufschlagen. So entstehen gefährliche Dauerschwingungen, welche besonders die
Sachs-Kette mit ihrem tief geprägten Logo schädigen. An ihm können die Ketten, wie die im
Anhang 2.3_2 beschriebene Kette, ihren Ausgangspunkt des späteren Bruches bekommen. Die
Partikel im Öl schädigen zusätzlich Teile in der Öldruckpumpe, in Folge sie die Kettenspanner
über dem zulässigen Druck beaufschlagt. Die Kette erfährt zusätzliche mechanische
Beanspruchung. Weiterhin wird die Kette durch den hohen Druck stärker auf die Laufschienen
gedrückt, wobei mehr Glasfasern gelöst werden und in das Öl geschwemmt werden.
Wassereintrag durch Blowby sorgt stellenweise für Schmierfilmabriss und erhöhten Verschleiß
der Teile.
107
Ergebnisse
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Die so geschwächte Kette ist nun gegen Spannungspitzen anfällig wie sie beim Kaltstart, oder bei
Lastwechseln auftreten können. Sie bricht. Typisch ist der feinkörnige Bruch mit seinen
markanten Anzeichen der Wasserstoffversprödung. Der Bruch erfolgt aus dem Inneren. Nicht von
außen nach Innen wie bei normalen Gewaltbrüchen.
Für die ersten von der Firma Sachs hergestellten Ketten waren die eingeprägten Schriftzüge auf
Grund ihrer Kerbwirkung hauptverantwortlich für die Brüche (siehe REM-Analyse in der
Anlage 2.3_2).
Abhilfe:
Die Schäden können nur vermieden werden, indem man die Angriffsparameter möglichst alle
ausschaltet. Diese wären zu allererst Öl und Ölwechselintervall. Je länger das verschmutzte Öl im
Motor bleibt, desto mehr kann zerstört werden.
Man sollte hier gutes Öl wie zum Beispiel Mobil 1 0W40 im Festintervall fahren. Alternative,
weitere gute Öle werden in der Anlage 8_1 aufgeführt. Nie mehr als 10 bis 15000 Kilometer oder
12 Monate, je nachdem was zuerst eintrifft.
Des Weiteren sollte man Kaltstarts vermeiden und so wenige Kurzstrecken wie möglich fahren.
Durch diese Maßnahmen wird das Öl nicht zu sehr durch Blowby versäuert und bleibt durch den
kurzen Wechsel nicht zu lange im Motor, um übermaßen die Teile durch korrosive Mechanismen
zu schädigen. Auch der Verschleiß durch Partikeleintrag bleibt hier auf ein Minimum beschränkt.
Wer dazu noch den Motor immer schonend warm fährt und öfters lange Autobahnfahrten
absolviert, mindert den Verschleiß in der Kaltstartphase und lässt durch die Langstrecke viel
Blowby aus dem Motor. Durch die längere Hitzezeit bei Langstrecken, entweicht ein Teil des
Wasserstoffes welcher im Kettenwerkstoff gelöst ist wieder aus dem Gefüge. Neuer Wasserstoff
kann kaum Eindringen da die Konzentration im Öl sehr gering ist.
Im Falle einer alten Sachs-Kette mit scharf geprägtem Logo kann man leider vorsorglich nichts
unternehmen, da es sich hierbei um Schwingungsbrüche handelt, und man auf die Entstehung
dieser Schwingungen keinen direkten Einfluss nehmen kann.
Ausblick:
Die beim VR6 3.2 MPI –Motor gewonnenen Erkenntnisse lassen sich eigentlich auf diverse
andere Aggregate übertragen die mit Longlife-Öl im Longlive-Intervall und Kurzstreckenbetrieb
betrieben werden. Auch bei anderen Konzernen.
Kritisch zu betrachten wären Motoren mit Teilen aus Aluminium/Leichtmetall-Legierungen die
durch die schnellere Wärmeabgabe das Kondensieren von Blowby-Gasen erheblich
beschleunigen und somit verantwortlich für höhere Mengen wässriger Blowby-Lösung im Öl sind.
Nachteilig wären auch die kleinen Öl-Füllmengen und Turboaufladung. Dadurch übersäuert das
Öl schneller, und der Turbo sorgt durch seinen Druck dafür, dass nicht genügend entlüftet werden
kann. Bauartbedingt sind Motoren mit FSI-Technologie anfälliger als MPI-Motoren.
108
Ergebnisse
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Erkenntnis:
Das Problem gelängter und gerissener Steuerketten beim VR6 3.2 MPI-Aggregat des VW/AudiKonzerns ist kein motorspezifisches Problem, sondern eine Verkettung unglücklicher Faktoren.
Die Schäden an den Ketten sind nur die Folgen diverser schädlicher Einflüsse die auch in
anderen Motoren herrschen können, teils sogar stärker als beim VR6-Motor.
Die Tabelle 1.1 in der Anlage 1_1 zeigt deutlich, dass nicht nur VR6-Motoren betroffen sind.
Auf die Kilometerleistung bis zum Schaden hin gesehen, erreichen die VR6-Motoren sogar eine
längere Laufzeit als die 1.6 und 1.4-Motoren.
Schaut man sich das Diagramm 1.1_1 in der Anlage 1_1 an, so fällt einem die große Anzahl an
Schäden im Produktionsmonat März 2004 auf. Hier muss irgendwo im Produktionsablauf etwas
schiefgelaufen sein. Sei es beim Kettenhersteller Sachs, oder den Motorenbauern bei Audi.
Anders ist eine derartig hohe Zahl an Schäden nicht zu erklären.
Hält man die erlangten Erkenntnisse ein, so hat man bestimmt sehr lange viel Spaß mit diesem tollen
Wagen. Dies zeigen am eindrucksvollsten die Videos von A3Q-Moderator Klaschi auf der Berichts-DVD
(Titel: Night-Edition, Sommer-Edition und Winter-Edition)…..viel Spaß wünscht A3Q !!!
109
Schlusswort
_______________________________________________________________________
12.
Schlusswort
Die Verfasser dieser Ausarbeitung bedanken sich bei allen unter Punkt 13 genannten Personen
und Institutionen für ihre tatkräftige Unterstützung, ohne deren Hilfe es kaum möglich gewesen
wäre, diese umfangreichen Erkenntnisse über solch ein komplexes System zu erlangen und
niederzuschreiben.
Diese Ausarbeitung soll das komplizierte Ineinandergreifen verschiedenster Einflussgrößen
veranschaulichen, sowie Fahrern betroffener Modelle eine Hilfestellung zur Vermeidung von
Schäden sein.
Gebrauchtwagenkäufer können sich vor Kauf ein besseres Bild über den Zustand eines
Fahrzeuges machen. Sie können so einer teuren Reparatur, die meist mit
3000.- bis 4000.- Euro veranschlagt wird, entgehen.
Neuwagenkäufer werden bei befolgen der Erkenntnisse, lange Freude am Fahren ohne größere
Schäden haben. Allerdings nur bis zur KW22 in 2009, da Audi die Produktion des Audi A3
mit dem VR6-Motor einstellt.
Christian Schlenger
Michael Lorch
110
Literatur- , Bild- und Quellennachweis
_______________________________________________________________________
13.
Literatur
Titelbild des VR6-Motor
Sonderdruck der MTZ/ATZ extra, Der neue Audi A3, Seite 92, Vieweg Verlag, April 2003
mit freundlicher Genehmigung gestattet durch Herr Dipl.-Ing. Michael Reichenbach (ATZ_MTZ/Springer Automotive Media vom
27.2.2009)
2 und 2.1 Details des VR6-Motor
Sonderdruck der MTZ/ATZ extra, Der neue Audi A3, Seite 92-98, Vieweg Verlag, April 2003
Verfasser: Dipl.-Ing. Uwe Kirsch (VW), Dipl.-Ing. Frank Reschke (VW), Dr.-Ing. Bern Ebel (VW), Dipl.-Ing. Stefan Lieske (VW)
Auszug mit freundlicher Genehmigung gestattet durch Herr Dipl.-Ing. Michael Reichenbach (ATZ_MTZ/Springer Automotive Media
vom 27.2.2009)
Anlage 2_1 Datenblatt Audi A3 3.2 quattro
Kundenbetreuung Audi AG Ingolstadt,
3.8 Bild 3.8_2 Ölnebelabscheider
Schnittmodell der Firma Mann & Hummel vom Messestand der IAA Frankfurt 2007
Anlage 2.3_3
Herr Dr. Peter Sommer (www.werkstofftechnik.com) , Auszug aus der Fachzeitschrift, Titel: Dem Wasserstoff auf der Spur Teil:1 ,mit
freundlicher Genehmigung zur Verwendung durch Herrn Dr. Peter Sommer vom 20.2.2009
Anlage 2.3_4
Frau Dr.-Ing. Simone Schwarz (www.werkstofftechnik.com) , Auszug aus der Fachzeitschrift, Titel: Dem Wasserstoff auf der Spur
Teil:2 , mit freundlicher Genehmigung zur Verwendung durch Herrn Dr. Peter Sommer vom 20.2.2009
Anlage 4.1_1 bis 4.1_3 Leistungsprüfstands-Protokolle erstellt bei Oettinger Performance GmbH , Friedrichsdorf
6.11 Hintergrund Wasserstoffversprödung
Auszug aus dem WEBU-Handel ( www.webu-handel.de )
6.2 Was ist Blowby?
Auszug zum Thema Blowby ( www.motorlexikon.de )
6.5 Schmutzpartikeleintrag im Öl
Auszug zum Thema ( www.motorlexikon.de )
6.6 Wassereintrag im Öl
Auszug zum Thema ( www.motorlexikon.de )
111
_______________________________________________________________________
Bilder
Matthias E.: Bild 3.1_1
Markus Hofer:
Bild 3.1_2 / 3.2_2 / 3.2_3 / 3.4_4 / 3.5_2 / 3.8_1 / 10.1_1 bis 10.1_2 /
Anlage 5.4.1_1 /
Martin Raith:
Bild 3.2_1 / 3.5_4 / 5.4_2 / 5.4_4 / 5.4_6 / 5.4_7 / 6.4_1 / Anlage 7.1_5 /
Michael Lorch
Bild: 3.3_1 / 3.3_2 / 3.3_3 / 3.4_1 / 3.4_2 / 3.4_3 / 3.5_3 / 3.6_2 /
3.8_2 / 5.3_1 bis 5.3_4 / 5.4_1 / 5.4_3 / 5.4_5 / 5.4_8 bis 5.4_10 / 6.2_1 / 6.4_2 / 6.5_1 /
6.11_1 bis 6.11_2 / 6.12_1 / 7_1 / 14_1 / Anlage 2.3.1_1 bis 2.3.1_3 / Anlage 2.3.5_1 /
Anlage 2.4.1_1 bis 2.4.1_8 / Anlage 2.5.1_2 bis 2.5.1_4 / Anlage 2.6.1_ bis 2.6.1_8 /
Anlage 5.4.1_3 bis 5.4.1_12 / Anlage 7.1_1 bis 7.1_4 / Tabelle 1.1 / Diagramm 1.1_1 bis 1.1._3
Christian Schlenger:
Bild: 3.3_4 / 3.3_5 / 3.3_6 / 3.7_1 / 3.7_2 / 3.7_3 / 3.9_1 bis 3.9_2 / 4.3_1 / 5.3_11 /
6.9_1 / 10.1_3 /
Andreas Hirsch (Leo67):
Bild 3.6_1 / 6.8_1 / 6.8_2 / 6.8_3 / Anlage 2.5.1_1 / Anlage 7.1_6 bis 7.1_9 /
Oliver Baneux:
Bild 5.2_1 / 5.2_2 / Anlage 4.2.1_1 /
Daniel Bochtler:
Bild 5.3_5 bis 5.3_10 / 6.5_2 / 6.5_3 / 10.1_4 /
Tom300:
Bild 6.2_2 bis 6.2_3 / Anlage 5.4.1_2 / 10.1_5 /
112
_______________________________________________________________________
Die Verfasser bedanken sich bei folgenden Personen/Institutionen für die Hilfe und Unterstützung bei der
Erstellung dieser Ausarbeitung und der Thematik im Allgemeinen.
Herr Markus Hofer
Herr Daniel Bochtler
Herr Martin Raith
Herr Maik W.
Frau Sabine S.
Herr Martin Meng
Mann & Hummel
Herr Dipl.-Ing. Reichenbach
Audi Zentrum Maintal
Herr Dr. Peter Sommer
Tom300
Herr Thomas Kurella
Audi Kundenbetreuung
Universität Graz, Motorenbau
Fotomaterial
Fotomaterial
Radiografie
REM
Universität Kaiserslautern
Presseabteilung
MTZ / ATZ
Werkstofftechnisches Institut, 47661 Issum-Sevelen
Fotomaterial
SWR Redaktion Automagazin Rasthaus
113
Die DVD zum Bericht
_______________________________________________________________________
14.
Die DVD zum Bericht
Bild 14_1 – Die DVD zum Bericht
Die Verfasser empfehlen die DVD zum Bericht.
Auf ihr befinden sich viele Vergleichsvideos, welche dem Laien bei der Diagnose helfen:
Schön aufbereitet im direkten Vergleich bei gleicher Position der Kamera. So hat man einen guten
Eindruck vom Schadensbild im Vergleich zu einem reparierten Motor.
Die Positionen sind:
von Vorne, von Oben, seitlich sowie im Radkasten
Darüber hinaus sind weitere Schäden dokumentiert.
Auch wird ein Gebrauchtwagenkauf gezeigt, bei dem man unbedingt einen intakten Wagen mit
dem VR6-Motor mitnehmen sollte. Nur so kann man erkennen ob der Gebrauchtwagen einen
Defekt am Kettentrieb aufweist oder nicht. Ein paar Fahrtvideos zeigen überdies, welch großen
Spaß ein Audi A3 bereiten kann, wenn der Motor in Ordnung ist.
Die DVD gibt es im Downloadbereich von A3Q, in Form einer .iso-Datei. Sie kann man mit jedem
DVD-Brennprogramm in eine DVD umwandeln.
URL: http://www.a3quattro.de/include.php?path=content/download.php
oder im A3Q-Shop: http://www.shop-014.de/shop-A3quattro.html
114
Anhang
_______________________________________________________________________
15.
Anhang
Anlage 1_1 Auflistung der betroffenen Fahrzeuge im Forum
Ermittelte A3Q-Fahrzeuge von März 2008 bis Februar 2009
Nickname
Motor BDB
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Para
nitschi
OrangeBud11
Klaschi
surviman
.Q.
Miles
Nemesis
EinSteini
RenaultFreakFFM
Frank
T0bi
butkins
bigm1980
chrisK
coladu
KV17
dillen
Psychedelic
Else
Heavyquattro
Audifan3.0V6
Sven
MisterZ
Burger77
UST
McQueen
Fakki
hq-hq
DocHoliday
Zipfeklatscher
Guardi
PSJunky
Leo67
Pende
Georg3.2quattro
larsberghahn
phyxx
sTTefan
RS3
Km-Stand bei Schaden
Baujahr
Fahrzeug
73233
48000
70000
104000
86000
44000
70000
48000
43000
80000
121000
39000
72000
37000
52000
45000
46000
44000
85000
36000
50000
41000
82000
110000
54500
63000
28000
60000
45000
46000
90000
50000
39208
70000
57000
40000
48000
42800
53000
75000
09-2003
11-2004
01-2004
03-2004
03-2004
05-2004
02-2004
05-2004
02-2004
04-2004
10-2003
03-2004
12-2003
04-2004
03-2004
11-2003
04-2004
04-2004
07-2004
03-2004
03-2004
03-2004
08-2004
01-2004
10-2004
03-2004
04-2006
02-2004
05-2005
02-2004
03-2005
11-2004
03-2004
09-2004
11-2003
03-2004
03-2004
04-2004
05-2004
10-2003
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
TT 3.2
TT 3.2
A3 3.2
115
Anhang
_______________________________________________________________________
Nickname
Km-Stand bei Schaden
Baujahr
Fahrzeug
83000
61000
110000
09-2005
01-2005
12-2004
A3 3.2
A3 3.2
A3 3.2
Motor BUB 44 TheoL
27000
09-2006
A3 3.2
Motor BLF
25000
06-2005
A3 1.6 FSI
Motor BFH 46 Chris1985
47 AndreR32
48 DanielR32
49500
78000
60000
06-2003
06-2003
09-2002
Golf 4 R32
Golf 4 R32
Golf 4 R32
Motor BLG 49 ThiloMR
50 HarryB
27000
34000
Motor
BMJ
41 ADM-DSG
42 Flitzer
43 Race-Hugo
45 HandballFreak
116
Golf 1,4
Golf 1,4
Anhang
_______________________________________________________________________
Tabelle 1_1 – Übersicht der A3Q-Mitglieder mit Kettenschäden
117
Anhang
_______________________________________________________________________
118
Anhang
_______________________________________________________________________
119
Anhang
_______________________________________________________________________
3.3_1 Bilder des seitlichen Spiels der Kette, sowie die Längung in Längsrichtung
Vergleich: alte Sachs-Kette (dunkel) / neue Iwis-Kette (metallisch-blank)
Bild: Anlage 2.3.1_1 – seitliche Längung der Sachs-Kette (ca.142mm)
Bild: Anlage 2.3.1_2 – seitliche Längung der Iwis-Kette (ca.129mm)
120
Anhang
_______________________________________________________________________
Bild: Anlage 2.3.1_3 – Längung der Sachs-Kette und Iwis-Kette
121
Anlage 3.3_2
der Firma SACHS
Anlage 2.3_3
Dem Wasserstoff
auf der Spur
Following the trail
of hydrogen
Teil 1 - Einführung
Part 1 - introduction
Dr. Peter Sommer
Dr Peter Sommer
D
H
er Wasserstoff führt das Periodensystem
der Elemente an, was bedeutet, daß es
das kleinste Atom unserer Materie ist.
1766 wurde dieses chemische Grundelement
von dem englischen Privatgelehrten Henry
Cavendish entdeckt. In der freien Natur auf
unserer Erde ist der Wasserstoff nur in sehr
geringem Maße anzutreffen. Nur etwa 5 · 10-5
Vol. % Wasserstoff, der üblicherweise in molekularer Form H2 vorliegt, ist in der unteren
Atmosphärenschicht anzutreffen. Erst in höheren Atmosphärenschichten nimmt die Wasserstoffkonzentration zu.
Ein einziges Proton und ein Elektron sind
die Grundausstattung dieses chemischen Elements. Also ein sehr überschaubarer Aufbau.
Aber gerade dies ist die Ursache dafür, daß die
Begegnung mit Wasserstoff in Werkstoffen fast
immer unangenehme Folgen hat. Wasserstoff
kann in vielfältigster Form zu Schäden in Werkstoffen und Bauteilen führen.
Die Schädigungsformen:
■ Flockenbildung
■ Beizblasen
■ Wasserstoffinduzierter Sprödbruch
sind die bekanntesten negativen Auswirkungen dieses Elements in Stählen.
In dieser Ausgabe starten wir eine Berichtsfolge über die Wechselwirkungen zwischen
dem Wasserstoff und dem Werkstoff Stahl. Es
werden dabei die unterschiedlichsten Gesichtspunkte und Maßnahmen vorgestellt und diskutiert. Wir wollen die Spur des Wasserstoffs
von der Stahlerzeugung bis an den Einsatzort
eines konkreten Bauteils verfolgen. Wie alle
Fachberichte im Wärmebehandlungsmarkt
richtet sich auch diese Berichtsfolge an den
Anwender. Die teilweise recht komplizierten
Grundzusammenhänge werden deshalb nur in
dem Maße zitiert und erläutert, wie dies unbedingt notwendig ist.
Die Spur des Wasserstoffs wird zu einer Fülle
von Einzelinformationen führen und der an
diesem Thema interessierte Leser kann alle
Berichtsfolgen aneinanderreihen und sie als
Nachschlagewerk in seiner täglichen Praxis nutzen.
Wasserstoff
hat hohe Beweglichkeit im Stahl
Aufgrund der sehr geringen Masse und
Größe des Wasserstoffatoms liegt die Vermutung nahe, daß dieses Element eine sehr hohe
Beweglichkeit im Kristallgitter des Eisens hat.
ydrogen heads the periodic system of
elements, which means that it is the smallest atom in our matter. In 1766 this basic
chemical element was discovered by the
English private scholar Henry Cavendish. Hydrogen is found only in very small quantities in the
open air on our planet. Just about 5 · 10-5 vol. %
hydrogen, usually in the molecular form H2, is
found in the lower atmospheric layer. The concentration of hydrogen increases only in the
higher atmospheric layers.
A single proton and one electron form the
basis of this chemical element. That means it
has a very clear construction, but that is the
very reason why the presence of hydrogen in
materials almost always has unpleasant consequences. Hydrogen can lead to the most diverse forms of damage in materials and components.
The forms of damage:
■ flake formation
■ pickling blistering
■ hydrogen-induced embrittlement
are the best-known negative effects of this
element in steel.
In this issue we are starting a series of
reports on the interaction between the chemical element hydrogen and the material steel.
The most diverse aspects and handlings are to
be presented and discussed. We want to trace
hydrogen from the production of steel to the
place of use of a specific component. As all specialist reports in the heat treatment market,
this series of reports is geared to the user. For
that reason, the basic relationships, which are
sometimes fairly complicated, will only be mentioned and explained to the degree to which it
is absolutely essential.
Tracing hydrogen will lead to an abundance of individual items of information and the
reader who is interested in this theme can put
all these reports together into one handy reference for his daily work.
Hydrogen is highly mobile in steel
The very slight density and size of the
hydrogen atom suggests the likelihood of this
element being very mobile in the crystal iron
lattice. Table 1 lists details on the diffusion coefficient as a measurement of mobility.
The absolute figures here are sometimes
difficult to interpret as we do not encounter
such orders of magnitude in our daily experience. The rate of diffusion of carbon can be
Element
Element
Atomradius
atomic radius [nm]
Diffusionskoeffizient im reinen
α-Eisen bei 800°C [cm2/s]
γ-Eisen bei 1100° [cm2/s]
Diffusion coefficient in pure
α-iron at 800°C [cm2/s]
γ-iron at 1100°C [cm2/s]
Wasserstoff
Hydrogen
0,046
2,7 · 10-4
1,9 · 10-4
Sauerstoff
Oxygen
0,060
---
1,0 · 10-9
Stickstoff
Nitrogen
0,071
7,3 · 10-7
3,8 · 10-7
Kohlenstoff
Carbon
0,077
1,7 · 10-6
6,7 · 10-7
Bor
Boron
0,097
---
6,1 · 10-7
Eisen (krz)
Iron (bcc)
0,128
3,0 · 10-12
---
Eisen (kfz)
Iron (fcc)
0,126
---
Diffusionskoeffizient von Wasserstoff in unlegierten Stählen bei 25°C ≈ 10
Diffusion coefficient of hydrogen in plain carbon steels at 25°C≈ 10-6
9, 0 · 10-12
-6
Diffusionskoeffizient von Wasserstoff in legierten Stählen bei 25°C ≈ 10-7
Diffusion coefficient of hydrogen in alloyed steels at 25°C ≈ 10-7
Diffusionskoeffizient von Wasserstoff in austenitischen Stählen bei 25°C ≈ 10-12
Diffusion coefficient of hydrogen in austenitic steels at 25°C ≈ 10-12
In der Tabelle 1 sind als Maß für die Beweglichkeit Angaben über den Diffusionskoeffizienten
aufgeführt.
Die absoluten Zahlen sind dabei mitunter
schwer zu interpretieren, da derartige Größenordnungen nicht im täglichen Erfahrungsbereich liegen. Die Diffusionsgeschwindigkeit des
Kohlenstoffs kann aber von allen Wärmebehandlungsfachleuten recht gut eingeschätzt
werden. Es ist bekannt, daß relativ hohe Temperaturen erforderlich sind, damit der Kohlenstoff im Eisengitter diffundieren kann. Demnach ist aus den Zahlen abzuleiten, daß der
Wasserstoff in etwa die gleiche Diffusionsgeschwindigkeit im krz-Eisengitter bei Raumtemperatur hat, wie der Kohlenstoff bei einer
Temperatur von 1100°C. Aus diesem Vergleich
läßt sich ableiten, daß der atomare Wasserstoff
in der Tat eine sehr große Beweglichkeit im
Eisengitter hat.
assessed quite well by all heat treatment
experts. It is known that relatively high temperatures are necessary for the carbon to diffuse in the iron lattice. It can therefore be derived from the figures that the hydrogen has
about the same rate of diffusion in the bcc-iron
lattice at room temperature as carbon at a temperature of 1100 °C. This comparison enables
us to derive that atomic hydrogen is indeed
very mobile in the iron lattice.
Tab. 1: Diffusion coefficients
of some elements in iron or
steel (Eckstein)
The important diffusion mechanism for
hydrogen diffusion in the iron lattice is shown
in fig. 1. On account of its slight expansion,
hydrogen can diffuse to a high degree with the
aid of the interstitial diffusion mechanism. It is
obvious that this diffusion process is simpler
and therefore quicker when the atomic radii
are small than when they are large.
Bild. 1: Diffusion des Wasserstoffes über den
Zwischengittermechnisnus
im Eisengitter
Der für die Wasserstoffdiffusion bedeutsame Platzwechselmechanismus im Eisengitter
ist in Bild 1 dargestellt. Der Wasserstoff kann
aufgrund seiner kleinen Ausdehnung in starkem Maße über den Zwischengitterdiffusionmechanismus diffundieren. Es ist einleuchtend, daß dieser Diffusionsvorgang bei
kleinen Atomradien einfacher und damit
schneller abläuft als bei großen Atomradien.
Wird atomarer Wasserstoff an einer sperrschichtfreien Bauteiloberfläche angeboten,
kommt es daher auch bei Raumtemperatur zu
einer intensiven Aufnahme. Für die noch zu
beschreibenden Fertigungsstufen sind daher
weitaus mehr Einflußfaktoren von Bedeutung
als bei anderen erwünschten und unerwünschten Begleitelementen des Stahls.
Tab. 1: Diffusionskoeffizienten einiger Elemente in
Eisen bzw. Stahl (Eckstein)
Fig. 1: Diffusion of hydrogen
by means of the interstitial
mechanism in the iron
lattice
If atomic hydrogen is presented at a component surface which is free of barrier layers,
intensive sorption occurs even at room temperature. This means that much more influencing factors are of significance for the production stages yet to be described than is the
case with other desirable and undesirable companion elements in steel.
6
Anlage 2.3_4
Dem Wasserstoff
auf der Spur
Following the trail of
hydrogen
Teil 2 - Wasserstoffaufnahme von
Stählen aus Gasen und Flüssigkeiten
Teil 2 - Hydrogen absorption of steel
through gases and liquids
Dr.-Ing. Simone Schwarz
Dr.-Ing. Simone Schwarz
W
D
asserstoff kann bei verschiedenen Herstellungs- bzw. Produktionsprozessen
in den Stahl eindringen, so z. B. beim
Schmelzen, beim Beizen, beim Glühen und
ebenso im Bauteileinsatz durch Korrosion . Einmal in den Werkstoff eingedrungen, besitzt der
Wasserstoff eine hohe Beweglichkeit (WB-Markt
3/99) und kann zu einer dramatischen Veränderung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Zähigkeit, führen. Neben der
Diffusion des atomaren Wasserstoffs über Zwischengitterplätze im Metallgitter ist ein wichtiger Gesichtspunkt, dass sich atomarer Wasserstoff stets in Zugspannungsbereichen des
Metalls anreichert.
Die Wasserstoffaufnahme aus der Gasphase verläuft über die Dissoziation des molekularen Wasserstoffs. Dieser molekulare Wasserstoff wird an der Metalloberfläche adsorbiert
und kann entsprechend der Oberflächenaktivität des Metalls durch Absorption des atomaren Wasserstoffs in das Metallgitter gelangen.
Die Wasserstoffaufnahme aus Flüssigkeiten
erfolgt über mehrere Teilschritte:
1. Zunächst bewegen sich die in der umgebenden Lösung oder Flüssigkeit vorhandenen
H+ - Ionen zur Metalloberfläche. Dies wird als
vorgelagerte Transportreaktion bezeichnet.
2. An der Metalloberfläche werden die am
nächsten angelagerten Wasserstoffionen durch
die sich im Metallgitter frei bewegenden Metallelektronen zu adsobiertem atomarem Wasserstoff. Diese Entladung wird als Durchtrittsoder Volmer- Reaktion bezeichnet. Entscheidend bei dieser Reaktion ist der Übertritt elektrischer Ladungen durch die Phasengrenze
Metall/Lösung.
3. Anschließend diffundiert ein Teil des so
aufgenommenen Wasserstoffs in das Metallgitter, analog der Wasserstoffaufnahme aus der
Gasphase.
4. Parallel dazu kann die Tafel- Reaktion
erfolgen, die eine Rekombination des adsorbierten atomaren Wasserstoffs zu molekularem Wasserstoff beschreibt.
Wasserstoffinduzierte
Werkstofftrennungen Wasserstoffversprödung
In den letzten Jahren haben sich im Verständnis der Wirkung des Wasserstoffs vier verschiedenen Mechanismen der wasserstoffinduzierten Werkstofftrennungen durchgesetzt.
Diese sind :
uring various manufacturing and production processes steel hydrogen can
penetrate steel, e. g. during melting,
etching, annealing likewise through corrosion when using steel. Once the material is
penetrated, hydrogen is highly mobile (WBMarkt 3/99) which can lead to dramatic changes of the mechanical properties, in particular to toughness. Apart from the diffusion of
nuclear hydrogen via intermediate lattice
sites in the metal lattice it is important to
consider that nuclear hydrogen builds up in
those areas of the metal which are subject to
tensile stress.
The hydrogen absorption during the gas
phase is based on the dissociation of the
molecular hydrogen. The molecular hydrogen is adsorbed on the metal surface and,
corresponding to the surface activity, can
enter the metal lattice through the absorption of nuclear hydrogen.
The adsorption of hydrogen from liquids
is effected via several individual steps:
1. The H-ions in the surrounding solution
or liquid move to the metal surface. This is
referred to as premature transport reaction.
2. On the metal surface the closely deposited hydrogen ions are turned into adsorbed nuclear hydrogen by means of the metal
electrons moving freely in the metal lattice.
This discharge is referred to as transfer or
Volmer reaction. The transfer of electric charge through the phase boundary metal / solution represents a decisive factor with this
reaction.
3. Subsequently, a part of the absorbed
hydrogen diffuses into the metal lattice, analogue to the absorption of hydrogen from
the gas phase.
Simultaneously, the table reaction can
take place which describes a recombination
of the adsorbed nuclear hydrogen to the
molecular hydrogen.
Hydrogen-induced material
separations –
hydrogen embrittlement
As for the comprehension of the effect of
hydrogen, four different mechanisms of the
hydrogen-induced material separations have
gained acceptance during the last few years.
These include:
the voids model (formerly known as pressure theory);
das Hohlraummodell (früher Drucktheorie),
Bild 1: Wasserstoffaufnahme
aus Flüssigkeiten (schematisch)
das Dekohäsionsmodell,
die wasserstoffinduzierte Phasenumwandlung und
Figure 1: Absorption of
hydrogen from liquids (schematically)
der Help (hydrogen enhanced local plasticity) –Mechanismus.
Aufgrund deren außerordentlicher Bedeutung für das entstehende Schadensbild sollen
die Mechanismen 1, 2 und 4 näher erläutert
werden.
Wasserstoffinduzierte
Hohlraumbildung
(Drucktheorie)
Das Hohlraummodell ist ein Modell zur
Vorstellung der Eigenschaftsänderung durch
Wasserstoff. Nach diesem Modell ist davon
auszugehen, dass der atomare Wasserstoff
im Stahl in den bereits vorhandenen Hohlräumen wie Poren, Lunker und Leerstellenanhäufungen ansammelt. Durch die
Annäherung zweier Wasserstoffatome
kommt es zur Molekülbildung und somit
Aufbau eines inneren Gasdruckes. Dieser
kann außerhalb des thermodynamischen
Gleichgewichtszustandes beträchtlich über
dem Umgebungsdruck liegen. Dies wird um
so deutlicher, wenn man sich vergegenwärtigt, dass das Molekülvolumen im Idealfall ca.
das 26fache des atomaren Gasvolumens
beträgt. Dieser hohe innere Wasserstoffdruck überlagert sich mit den im Werkstoff
vorhandenen Eigenspannungen und den
von außen aufgebrachten Spannungen.
Diese Spannungsüberlagerung kann bei
bereits geringen äußeren Belastungen zu
einer vorzeitigen Rißentstehung bzw. zu
einem Rißwachstum führen.
Das aus dieser Modellvorstellung resultierende Schadensbild wird häufig als
Flockenbildung oder sogenannte Fischaugen bezeichnet. Es werden beispielsweise
auf einer Bruchfläche metallisch glänzende
kreisartige Bereiche in einer ansonsten relativ matten Oberfläche beobachtet. Diese
Bereiche sind Sprödbruchbereiche (Quasispaltbrüche), die durch einen erhöhten
Wasserstoffinnendruck initiiert wurden,
Bild 2.
Metall
Metal
Grenzschicht Boundary
Lösung Solution
the decohesion model;
the hydrogen-induced phase transformation and
the help (hydrogen enhanced local plasticity) mechanism.
Owing to the extraordinary meaning for the
damage analysis the mechanisms 1, 2, and 4
shall be explained in detail.
Hydrogen-induced voids formation
(pressure theory)
The voids model is a model to show the
change of properties by means of hydrogen.
According to this model, it is assumed that the
nuclear hydrogen contained in the steel accumulates in the existing microvoids such as
pores, shrink holes, and vacancy accumulations. Owing to the approach of two hydrogen
atoms, molecules form and internal pressure
builds. Outside the thermo-dynamic balance
condition, this pressure can considerably
exceed the ambient pressure. This becomes
extremely clear when you imagine that the
molecular volume is ideally approx. 26 times
the nuclear gas volume. This high internal
hydrogen pressure overlaps with the individual tensions in the material and the tensions
applied from the outside. This superposition of
tensions can lead to a premature formation of
cracks and / or growth of cracks even under
the influence of low external loads.
Bild 2: Blaubruchprobe von
Stahl 42MnV7 mit Flocken
(aus: Schumann, Metallographie, 1990)
Figure 2: Blue fracture specimen of steel 42MnV7 with
flakes (from: Schumann,
Metallographie, 1990)
Dekohäsionsmodell
Das Dekohäsionsmodell ist eines der ältesten Modelle zur Vorstellung der Eigenschaftsänderung durch atomaren Wasserstoff. Es wurde erstmalig 1941 durch Zapffe und Sims beschrieben, Bild 3.
Es beruht auf der erhöhten Löslichkeit
des Wasserstoffs in einem Zugspannungsfeld, zum Beispiel an einer Rißspitze oder im
Zugeigenspannungsgebieten oder im Spannungsfeld einer Stufenversetzung. Durch
die erhöhte Löslichkeit des Wasserstoffs in
diesen Spannungsfeldern kommt es zur
Herabsetzung der atomaren Bindungskräfte des Metallgitters. Unter Belastung kommt
es durch die Herabsetzung der Bindungskräfte zu einem vorzeitigen spröden Werkstoffversagen entlang von Korngrenzen
(interkristalliner Spaltbruch) oder Netzebenen (transkristalliner Spaltbruch).
Bild 4: Interkristalline
Bruchfläche eines wasserstoffinduzierten
Sprödbruchs
Figure 4: Intergranualar
fracture surface of a
hydrogen-induced
brittle fracture
Die Art des auftretenden Spaltbruches
hängt bei unlegierten und niedriglegierten
Stählen nach Haumann von deren Zugfestigkeiten ab. So werden transkristalline
Spannungsrisse durch Wasserstoff bei Zugfestigkeiten <900 N/mm 2 ( ≈280HV) beobachtet und interkristalline Spannungsrisse
bei Zugfestigkeiten > 900 N/mm2 beobachtet, Bild 4.
Andere Autoren nennen Grenzwerte der
Zugfestigkeit bei 390 HV (Rm > 1250 N/mm 2)
für den interkristallinen Spaltbruch niedriglegierter Stähle.
Fortsetzung des Berichts in der nächsten
Ausgabe Januar 2000.
The damage analysis resulting from this
model representation is frequently referred to
as flake formation or fisheyes. For instance,
metallic glittering, round areas with an otherwise relatively matt surface are observed on a
crack surface. These areas are referred to as
brittle fracture areas (quasi cleavage) which
were initiated by means of increased hydrogen
internal pressure.
Bild 3: schematisches
Dekohäsionsmodell
Figure 3: schematic
decohesion model
Decohesion Model
The decohesion model is one of the oldest
models used to represent the change of properties as a result of atomar hydrogen. It was
described first in 1941 by Zapffe and Sims. It is
based on the increased solubility of hydrogen
in a tensile strength field, for instance on the
tip of a crack or in areas with internal tensile
strength or in the tension field of edge dislocations. The increased solubility of hydrogen in
this tension field results in a decrease in the
atomar binding forces of the metal lattice. The
influence of stress results in a premature brittle-material fracture along the grain boundaries
(intergranular cleavage) or
network levels (transgranular cleavage) owing to
the decrease of the binding forces.
According to Haumann
the type of the cleavage of
non-alloyed and low-alloyed steels depends on their
tensile strength. Transgranular
stress-induced
cracks caused by of hydrogen with tensile strengths
of <900 N/mm2 ( ≈ 280 HV)
and intergranular stressinduced cracks with tensile strengths of > 900
N/mm2 were observed.
Other authors name the
limiting value of the tensile strengths with 390 HV
(Rm > 1250 N/mm2) for the
intergranular cleavage of
low-alloyed steels.
The report will be continued in the next issue
January 2000.
Anhang
_______________________________________________________________________
2.3.5 Ergebnisse des Vermessens der Sachs- und Iwis-Kette
Bild: Anlage 2.3.5_1 – Lage der Messpunkte an der Kette
Position
A
B
C
D
E
F
Neue Kette (IWIS)
Min
Max
1,45
1,5
1,17
1,118
3,27
3,28
6,29
6,33
9,78
9,82
5,72
5,74
Alte Kette (Sachs)
Min
Max
1,48
1,53
1,15
1,18
3,26
3,33
6,26
6,29
9,77
9,96
5,8
5,91
Sollwert
1,3
1,2
unbekannt
6,35
unbekannt
5,72
Ergebnis der Spektralanalyse der Einzelteile:
Lasche: Ck45
Niet: 39CrMoV139
Hülse: Ck15
Rolle: 50CrV4
126
Anhang
_______________________________________________________________________
2.4_1 Radiografische Untersuchung der Kettenspanner
Bild: Anlage 2.4.1_1 – unterer Kettenspanner
130
Anhang
_______________________________________________________________________
131
Anhang
_______________________________________________________________________
Bild: Anlage 2.4.1_5 – oberer Kettenspanner
132
Anhang
_______________________________________________________________________
133
Anhang
_______________________________________________________________________
2.5_1 Bilder der Laufschienen des VR6 3,2 Kettentriebs
Bilder einiger Laufschienen des VR6
Bild: Anlage 2.5.1_1 – oberer Kettentrieb mit Laufschienen
Bild: Anlage 2.5.1_2 – oberer Kettentrieb / Laufschiene im Detail
134
Anhang
_______________________________________________________________________
Bild: Anlage 2.5.1_3 – Laufschiene
Bild: Anlage 2.5.1_4 – Laufschiene
135
Anhang
_______________________________________________________________________
2.6_1 Radiografische Aufnahmen der Nockenwellenversteller
Bild: Anlage 2.6.1_1 – Nockenwellenversteller
136
Anhang
_______________________________________________________________________
137
Anhang
_______________________________________________________________________
138
Anhang
_______________________________________________________________________
139
Anlage 2_1
Anlage 4.1_1
Anlage 4.1_2 - Leistungsmessung_neuer Kettentrieb
Anlage 4.1_3
Anlage 4.1_3
Anhang
_______________________________________________________________________
4.2_1 Messprotokoll aus dem Diagnosegerät (ausgelesene MWB 208 + 209 )
Bild Anlage 4.2.1_1 – Diagnosegerät am Audi A3
145
Anhang
_______________________________________________________________________
5.4_1Verbindungsschlauch Kurbelgehäuse / Ansaugbrücke mit integrierter Heizung
Bild 5.4.1_1 - Ansaugbrücke mit montiertem Schlauch
Bild 5.4.1_2 – Ölansammlungen im Schlauch
146
Anhang
_______________________________________________________________________
Bild 5.4.1_3 – Oberseite
Bild 5.4.1_4 – Unterseite
147
Anhang
_______________________________________________________________________
Bild 5.4.1_5 – integriertes Heizelement
Bild 5.4.1_6 – Radiografische Aufnahme
148
Anhang
_______________________________________________________________________
Bild 5.4.1_8 – Radiografische Aufnahme des Heizelementes
149
Anhang
_______________________________________________________________________
150
Anhang
_______________________________________________________________________
151
Anhang
_______________________________________________________________________
7_1 Bilder einer Reparatur
Bild 7.1_1 – Die fachgerechte Reparatur
152
Anhang
_______________________________________________________________________
153
Anhang
_______________________________________________________________________
154
Anhang
_______________________________________________________________________
155
Anhang
_______________________________________________________________________
156
Anhang
_______________________________________________________________________
Anhang 8_1
Die im Bericht getätigten Aussagen bzgl. des Mobil 1 0w-40 beziehen sich ausschließlich auf das
Mobil 1 Supersyn.
Mittlerweile bietet Mobil dieses Öl nur noch in der „NewLife“ Variante an.
Da zum Zeitpunkt der Veröffentlichung noch keine ausreichenden Informationen zu diesem Öl
vorliegen, können die Erkenntnisse nicht ohne vorherige Prüfung auf dieses Öl angewandt
werden.
Alternative, gute bis sehr gute Öle sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Mobil 1 5W-50 supersyn
Mobil 1 0W-40 supersyn
Meguin megol Super Leichtlauf vollsynthetisch 5W-40
Meguin megol Super Leichtlauf Driver 0W-40 (4894)
Shell Helix Ultra 0W-40
Addinol Ultra Light MV046 0W-40
Addinol Super visco MV 0556 5W-50
AVIA AVIASYNTH LS 0W-40
Bei allen genannten Ölen ist VOR dem Einsatz auf die entsprechenden Herstellerfreigaben zu
achten, da diese bei den unterschiedlichen Motoren variieren können.
157

Defekte Steuerketten beim VW/AUDI VR6 MPI 3,2

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